KR20180045827A - 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 태양의 멀티 하전 입자빔 묘화 장치는, 시료의 묘화 영역이 분할된, 멀티 하전 입자빔의 1 개의 빔당 조사 단위 영역이 되는 복수의 화소에서의 화소마다 상기 화소로의 빔의 조사 시간을 연산하는 조사 시간 연산 처리 회로와, 화소마다 조사 시간을 양자화 단위로 나눔으로써 계조화한 계조치를 연산하는 계조치 연산 처리 회로와, 인접하는 화소군에 의해 구성되는 그룹마다, 상기 그룹 내의 화소군에 발생하는 조사 시간의 계조화에 수반하는 조사량 오차를 상기 그룹 내의 적어도 1 개의 화소의 계조치를 1 증감함으로써 보정하는 계조치 보정 처리 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법 {MULTI-CHARGED PARTICLE BEAM WRITING DEVICE AND MULTI-CHARGED PARTICLE BEAM WRITING METHOD}
본 발명은 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법에 관한 것으로, 예를 들면, 멀티빔 묘화의 조사 시간을 제어하는 계조치의 오차를 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 우수한 해상성을 가지고 있어, 마스크 블랭크스에 전자선을 사용하여 마스크 패턴을 묘화하는 것이 행해지고 있다.
예를 들면, 멀티빔을 사용한 묘화 장치가 있다. 1 개의 전자빔으로 묘화하는 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 광학계에서 축소되어 마스크상이 축소되고 편향기에서 편향되어 시료 상의 원하는 위치로 조사된다.
멀티빔 묘화에서는 각 빔의 조사량을 조사 시간에 의해 제어하고 있다. 또한, 이러한 조사 시간은 n 비트의 계조치 데이터에 의해 정의된다. 따라서, 0 ~ (2n-1) 계조의 제어 신호에 의해 조사 시간을 제어할 수 있게 된다. 이러한 제어 신호의 비트 수가 커지면 그만큼 데이터량이 커진다. 멀티빔 묘화에서는 다수의 빔을 한 번에 조사하기 때문에, 빔 수에 따른 다수의 조사 시간 데이터를 단시간에 전송할 필요가 있다. 이와 같이, 묘화 시간은 데이터의 전송에 걸리는 시간에 크게 영향을 받게 된다. 이 때문에, 조사 시간 데이터의 데이터량은 가능한 한 줄이는 것이 바람직하다.
한편, 근접 효과 보정 등의 조사량 보정을 행하게 되면, 각 조사 위치로 조사되는 조사량의 범위는 기준 도스에 대하여 도스 변조의 범위가 예를 들면 수백% 필요하다. 예를 들면, 0 ~ L 계조의 계조치로 조사량에 상당하는 조사 시간을 정의한 경우, 1 계조당 최대 (수백/L)%의 계조화 오차를 가지게 된다. 근래의 패턴의 미세화 및 고정밀화에 수반하여, 이러한 계조화 오차에 수반하는 패턴의 치수 변동도 무시할 수 없게 되고 있다. 최대 계조치 L을 크게 하면 분해능이 높아져 계조화 오차를 줄일 수 있지만, 전술한 바와 같이, 최대 계조치 L을 크게 하면 그만큼 데이터량이 커져 묘화 시간이 길어진다고 하는 문제가 있었다.
여기서, 조사 시간의 계조화 오차를 보정하는 방법은 아니지만, 원하는 조사량을 정수값으로 나타낼 때 소수점 이하의 끝수가 생긴 경우에, 그룹 내의 각 화소의 끝수의 합계에 가까운 정수값을 그룹 내의 중심 화소에 가산하는 것이 제안되고 있다(예를 들면, 일본특허공개공보 제2016-058714호 참조).
묘화될 패턴의 선폭 치수(CD)는 패턴의 엣지(말단부) 부근에 위치하는 화소의 조사량(도스)의 변조에 의해 제어할 수 있다. 따라서, 이러한 엣지 부근에 위치하는 화소를 조사하는 조사 시간에 계조화 오차가 발생하면 그만큼 치수가 어긋난다.
본 발명은, 멀티빔 묘화에서 조사 시간의 계조화 오차를 보정하는 것이 가능한 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 하전 입자빔 묘화 장치는,
시료의 묘화 영역이 분할된, 멀티 하전 입자빔의 1 개의 빔당 조사 단위 영역이 되는 복수의 화소에서의 화소마다 상기 화소로의 빔의 조사 시간을 연산하는 조사 시간 연산 처리 회로와,
화소마다 조사 시간을 양자화 단위로 나눔으로써 계조화한 계조치를 연산하는 계조치 연산 처리 회로와,
인접하는 화소군에 의해 구성되는 그룹마다, 상기 그룹 내의 화소군에 발생하는 조사 시간의 계조화에 수반하는 조사량 오차를 상기 그룹 내의 적어도 1 개의 화소의 계조치를 1 증감함으로써 보정하는 계조치 보정 처리 회로와,
멀티 하전 입자빔을 형성하는 성형 애퍼처 어레이 기판과, 멀티 하전 입자빔을 편향시키는 편향기와, 시료를 재치하는 스테이지를 가지며, 그룹마다 계조화에 수반하는 조사량 오차가 보정된 각 화소의 계조치에 기초해 멀티 하전 입자빔을 이용하여 시료에 패턴을 묘화하는 묘화 기구
를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 하전 입자빔 묘화 방법은,
시료의 묘화 영역이 분할된, 멀티 하전 입자빔의 1 개의 빔당 조사 단위 영역이 되는 복수의 화소에서의 화소마다, 상기 화소로의 빔의 조사 시간을 연산하고,
화소마다 조사 시간을 양자화 단위로 나눔으로써 계조화한 계조치를 연산하고,
인접하는 화소군에 의해 구성되는 그룹마다, 상기 그룹 내의 화소군에 발생하는 조사 시간의 계조화에 수반하는 조사량 오차를 상기 그룹 내의 적어도 1 개의 화소의 계조치를 1 증감함으로써 보정하고,
그룹마다 계조화에 수반하는 조사량 오차가 보정된 각 화소의 계조치에 기초해 멀티 하전 입자빔을 이용하여 상기 시료에 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 실시 형태 1에서의 묘화 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 실시 형태 1에서의 성형 애퍼처 어레이 기판의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 실시 형태 1에서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시 형태 1에서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 멤브레인 영역 내의 구성의 일부를 나타내는 상면 개념도이다.
도 5는 실시 형태 1의 개별 블랭킹 기구의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시 형태 1에서의 묘화 동작의 일례를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 실시 형태 1에서의 멀티빔의 조사 영역과 묘화 대상 화소의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시 형태 1에서의 멀티빔의 묘화 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 실시 형태 1에서의 묘화 방법의 주요부 공정을 나타내는 순서도이다.
도 10은 실시 형태 1에서의 계조화 및 디더링 처리 공정의 내부 공정을 나타내는 순서도이다.
도 11은 실시 형태 1에서의 디더링 화소 그룹의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시 형태 1에서의 디더링 화소 그룹의 선택예를 나타내는 도면이다.
도 13(a) 내지 도 13(c)는 실시 형태 1에서의 디더링 처리에 의한 분해능 향상의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 14(a) 내지 도 14(c)는 실시 형태 1에서의 디더링 처리에 의한 분해능 향상의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 실시 형태 2에서의 묘화 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 16은 실시 형태 2에서의 묘화 방법의 주요부 공정을 나타내는 순서도이다.
도 17(a)와 도 17(b)는 실시 형태 2에서의 위치 이탈 보정 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 18(a) 내지 도 18(c)는 실시 형태 2에서의 빔의 위치 이탈 보정의 유무에 따른 패턴 형상의 일례와 패턴 엣지 위치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 19(a) 내지 도 19(c)는 실시 형태 1, 2에서의 다중 묘화를 행하는 경우의 디더링 처리에 의한 계조화 보정을 행하는 경우의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 실시 형태에서는 멀티빔 묘화에서 조사 시간의 계조화 오차를 보정하는 것이 가능한 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 방법에 대해 설명한다.
이하, 실시 형태에서는 하전 입자빔의 일례로서 전자빔을 이용한 구성에 대해 설명한다. 단, 하전 입자빔은 전자빔에 한정되지 않으며, 이온빔 등의 하전 입자를 이용한 빔이어도 상관없다.
실시 형태 1.
도 1은 실시 형태 1에서의 묘화 장치의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 1에서 묘화 장치(100)는 묘화 기구(150)와 제어계 회로(160)를 구비하고 있다. 묘화 장치(100)는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치의 일례이다. 묘화 기구(150)는 전자 경통(102)(멀티 전자빔 컬럼)과 묘화실(103)을 구비하고 있다. 전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 조명 렌즈(202), 성형 애퍼처 어레이 기판(203), 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204), 축소 렌즈(205), 제한 애퍼처 기판(206), 대물 렌즈(207), 편향기(208) 및 편향기(209)가 배치되어 있다. 묘화실(103) 내에는 XY 스테이지(105)가 배치된다. XY 스테이지(105) 상에는, 묘화 시에는 묘화 대상 기판이 되는 레지스트가 도포된 마스크 블랭크스 등의 시료(101)가 배치된다. 시료(101)에는 반도체 장치를 제조할 때의 노광용 마스크, 혹은 반도체 장치가 제조될 반도체 기판(실리콘 웨이퍼) 등이 포함된다. XY 스테이지(105) 상에는 또한 XY 스테이지(105)의 위치 측정용의 미러(210)가 배치된다.
제어계 회로(160)는 제어 계산기(110), 메모리(112), 편향 제어 회로(130), 디지털 · 아날로그 변환(DAC) 앰프 유닛(132, 134), 스테이지 위치 검출기(139) 및 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(140, 142)를 가지고 있다. 제어 계산기(110), 메모리(112), 편향 제어 회로(130), DAC 앰프 유닛(132, 134), 스테이지 위치 검출기(139) 및 기억 장치(140, 142)는 도시하지 않은 버스를 개재하여 서로 접속되어 있다. 편향 제어 회로(130)에는 DAC 앰프 유닛(132, 134) 및 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)가 접속되어 있다. DAC 앰프 유닛(132)의 출력은 편향기(209)에 접속된다. DAC 앰프 유닛(134)의 출력은 편향기(208)에 접속된다. 스테이지 위치 측정기(139)는 레이저광을 XY 스테이지(105) 상의 미러(210)에 조사하고, 미러(210)로부터의 반사광을 수광한다. 그리고, 이러한 반사광의 정보를 이용하여 XY 스테이지(105)의 위치를 측정한다.
제어 계산기(110) 내에는 래스터화부(50), 조사량(D) 연산부(52), 할당부(54), 설정부(56), 조사 시간(t) 연산부(58), 선택부(60), 계조치 연산부(62), 조사량 오차(ΔD) 연산부(64), 조사량 오차합(ΔDsum) 연산부(66), 계조치 보정부(68) 및 묘화 제어부(72)가 배치되어 있다. 래스터화부(50), 조사량(D) 연산부(52), 할당부(54), 설정부(56), 조사 시간(t) 연산부(58), 선택부(60), 계조치 연산부(62), 조사량 오차(ΔD) 연산부(64), 조사량 오차합(ΔDsum) 연산부(66), 계조치 보정부(68) 및 묘화 제어부(72)와 같은 각 '~ 부'는 처리 회로를 가진다. 이러한 처리 회로는 예를 들면, 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로 혹은 반도체 장치를 포함한다. 각 '~ 부'는 공통되는 처리 회로(동일한 처리 회로)를 이용해도 되고, 혹은 상이한 처리 회로(별도의 처리 회로)를 이용해도 된다. 래스터화부(50), 조사량(D) 연산부(52), 할당부(54), 설정부(56), 조사 시간(t) 연산부(58), 선택부(60), 계조치 연산부(62), 조사량 오차(ΔD) 연산부(64), 조사량 오차합(ΔDsum) 연산부(66), 계조치 보정부(68) 및 묘화 제어부(72)에 입출력되는 정보 및 연산 중인 정보는 메모리(112)에 그때마다 저장된다.
또한, 묘화 장치(100)의 외부로부터 묘화 데이터가 입력되어 기억 장치(140)에 저장된다. 묘화 데이터에는 통상적으로 묘화하기 위한 복수의 도형 패턴의 정보가 정의된다. 구체적으로는, 도형 패턴마다 도형 코드, 좌표 및 사이즈 등이 정의된다.
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.
도 2는 실시 형태 1에서의 성형 애퍼처 어레이 기판의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 2에서 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에는 세로(y 방향) p 열×가로(x 방향) q 열(p, q ≥ 2)의 홀(개구부)(22)이 소정의 배열 피치로 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 도 2에서는 예를 들면, 가로세로(x, y 방향)로 512×512 열의 홀(22)이 형성된다. 각 홀(22)은 모두 동일한 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 혹은, 동일한 직경의 원형이어도 상관없다. 이들 복수의 홀(22)을 전자빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써 멀티빔(20)이 형성되게 된다. 여기서는 가로세로(x, y 방향)가 모두 2 열 이상의 홀(22)이 배치된 예를 나타냈으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 가로세로(x, y 방향) 중 어느 일방이 복수 열이고 타방은 1 열 뿐이어도 상관없다. 또한, 홀(22)의 배열 방식은 도 2와 같이 가로세로가 격자 형상으로 배치되는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 세로 방향(y 방향) k 단째의 열과 k+1 단째의 열의 홀끼리가 가로 방향(x 방향)으로 치수(a)만큼 이동하여 배치되어도 된다. 마찬가지로, 세로 방향(y 방향) k+1 단째의 열과 k+2 단째의 열의 홀끼리가 가로 방향(x 방향)으로 치수(b)만큼 이동하여 배치되어도 된다.
도 3은 실시 형태 1에서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시 형태 1에서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 멤브레인 영역 내의 구성의 일부를 나타내는 상면 개념도이다. 또한, 도 3과 도 4에서 제어 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41)와 패드(43)의 위치 관계는 일치시켜 기재하지 않았다. 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)는 도 3에 나타낸 바와 같이 지지대(33) 상에 실리콘 등으로 이루어지는 반도체 기판(31)이 배치된다. 기판(31)의 중앙부는 예를 들면 이면측으로부터 얇게 깎여 얇은 막 두께(h)의 멤브레인 영역(330)(제1 영역)으로 가공되어 있다. 멤브레인 영역(330)을 둘러싸는 주위는 두꺼운 막 두께(H)의 외주 영역(332)(제2 영역)이 된다. 멤브레인 영역(330)의 상면과 외주 영역(332)의 상면은 동일한 높이 위치, 혹은 실질적으로 동일한 높이 위치가 되도록 형성된다. 기판(31)은 외주 영역(332)의 이면에서 지지대(33) 상에 보지(保持)된다. 지지대(33)의 중앙부는 개구되어 있으며, 멤브레인 영역(330)의 위치는 지지대(33)의 개구된 영역에 위치하고 있다.
멤브레인 영역(330)에는, 도 2에 나타낸 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 각 홀(22)에 대응하는 위치에 멀티빔 각각의 빔의 통과용의 통과홀(25)(개구부)이 개구된다. 바꾸어 말하면, 기판(31)의 멤브레인 영역(330)에는 전자선을 이용한 멀티빔의 각각 대응하는 빔이 통과하는 복수의 통과홀(25)이 어레이 형상으로 형성된다. 그리고, 기판(31)의 멤브레인 영역(330) 상이며 복수의 통과홀(25) 중 대응하는 통과홀(25)을 사이에 두고 대향하는 위치에 2 개의 전극을 가지는 복수의 전극쌍이 각각 배치된다. 구체적으로는, 멤브레인 영역(330) 상에 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 각 통과홀(25)의 근방 위치에 해당하는 통과홀(25)을 사이에 두고 블랭킹 편향용의 제어 전극(24)과 대향 전극(26)의 조(블랭커 : 블랭킹 편향기)가 각각 배치된다. 또한, 기판(31) 내부이며 멤브레인 영역(330) 상의 각 통과홀(25)의 근방에는 각 통과홀(25)용의 제어 전극(24)에 편향 전압을 인가하는 제어 회로(41)(로직 회로)가 배치된다. 각 빔용의 대향 전극(26)은 그라운드 접속된다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이 각 제어 회로(41)는 제어 신호용의 n 비트(예를 들면 10 비트)의 병렬 배선이 접속된다. 각 제어 회로(41)는 제어 신호용의 n 비트의 병렬 배선 외에 클록 신호선, 판독(read) 신호, 샷(shot) 신호 및 전원용의 배선 등이 접속된다. 클록 신호선, 판독(read) 신호, 샷(shot) 신호 및 전원용의 배선 등은 병렬 배선의 일부의 배선을 유용해도 상관없다. 멀티빔을 구성하는 각각의 빔마다 제어 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41)에 의한 개별 블랭킹 기구(47)가 구성된다. 또한, 도 3의 예에서는 제어 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41)가 기판(31)의 막 두께가 얇은 멤브레인 영역(330)에 배치된다. 단, 이에 한정되지 않는다. 또한, 멤브레인 영역(330)에 어레이 형상으로 형성된 복수의 제어 회로(41)는 예를 들면 동일한 행 혹은 동일한 열에 의해 그룹화되고, 그룹 내의 제어 회로(41)군은 도 4에 나타낸 바와 같이 직렬로 접속된다. 그리고, 그룹마다 배치된 패드(43)로부터의 신호가 그룹 내의 제어 회로(41)에 전달된다. 구체적으로는, 각 제어 회로(41) 내에 도시하지 않은 시프트 레지스터가 배치되며, 예를 들면 p×q 개의 멀티빔 중 예를 들면 동일한 행의 빔의 제어 회로(41) 내의 시프트 레지스터가 직렬로 접속된다. 그리고, 예를 들면 p×q 개의 멀티빔 중 동일한 행의 빔의 제어 신호가 시리즈로 송신되며, 예를 들면 p 회의 클록 신호에 의해 각 빔의 제어 신호가 대응하는 제어 회로(41)에 저장된다.
도 5는 실시 형태 1의 개별 블랭킹 기구의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5에서 제어 회로(41) 내에는 앰프(46)(스위칭 회로의 일례)가 배치된다. 도 5의 예에서는 앰프(46)의 일례로서 CMOS(Complementary MOS) 인버터 회로가 배치된다. 그리고, CMOS 인버터 회로는 양의 전위(Vdd : 블랭킹 전위 : 제1 전위)(예를 들면 5 V)(제1 전위)와 그라운드 전위(GND : 제2 전위)에 접속된다. CMOS 인버터 회로의 출력선(OUT)은 제어 전극(24)에 접속된다. 한편, 대향 전극(26)은 그라운드 전위가 인가된다. 그리고, 블랭킹 전위와 그라운드 전위가 전환 가능하게 인가되는 복수의 제어 전극(24)이, 기판(31) 상이며 복수의 통과홀(25)의 각각 대응하는 통과홀(25)을 사이에 두고 복수의 대향 전극(26)의 각각 대응하는 대향 전극(26)과 대향하는 위치에 배치된다.
CMOS 인버터 회로의 입력(IN)에는 임계치 전압보다 낮아지는 L(low) 전위(예를 들면 그라운드 전위)와 임계치 전압 이상이 되는 H(high) 전위(예를 들면 1.5 V) 중 어느 하나가 제어 신호로서 인가된다. 실시 형태 1에서는, CMOS 인버터 회로의 입력(IN)에 L 전위가 인가되는 상태에서는 CMOS 인버터 회로의 출력(OUT)은 양전위(Vdd)가 되어, 대향 전극(26)의 그라운드 전위와의 전위차에 따른 전계에 의해 대응빔(20)을 편향시키고, 제한 애퍼처 기판(206)에서 차폐함으로써 빔 OFF가 되도록 제어한다. 한편, CMOS 인버터 회로의 입력(IN)에 H 전위가 인가되는 상태(액티브 상태)에서는 CMOS 인버터 회로의 출력(OUT)은 그라운드 전위가 되어, 대향 전극(26)의 그라운드 전위와의 전위차가 없어져 대응빔(20)을 편향시키지 않으므로 제한 애퍼처 기판(206)을 통과함으로써 빔 ON이 되도록 제어한다.
각 통과홀을 통과하는 전자빔(20)은 각각 독립적으로 쌍이 되는 2 개의 제어 전극(24)과 대향 전극(26)에 인가되는 전압에 의해 편향된다. 이러한 편향에 의해 블랭킹 제어된다. 구체적으로는, 제어 전극(24)과 대향 전극(26)의 조는 각각 대응하는 스위칭 회로가 되는 CMOS 인버터 회로에 의해 전환되는 전위에 의해 멀티빔의 대응빔을 각각 개별적으로 블랭킹 편향시킨다. 이와 같이, 복수의 블랭커가 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀(22)(개구부)를 통과한 멀티빔 중 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행한다.
도 6은 실시 형태 1에서의 묘화 동작의 일례를 설명하기 위한 개념도이다. 도 6에 나타낸 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. 먼저, XY 스테이지(105)를 이동시켜 제1 번째의 스트라이프 영역(32)의 좌단, 혹은 더 좌측의 위치에 1 회의 멀티빔(20)의 샷으로 조사 가능한 조사 영역(34)이 위치하도록 조정하고, 묘화가 개시된다. 제1 번째의 스트라이프 영역(32)을 묘화할 때에는, XY 스테이지(105)를 예를 들면 -x 방향으로 이동시킴으로써 상대적으로 x 방향으로 묘화를 진행시켜 간다. XY 스테이지(105)는 예를 들면 등속으로 연속 이동시킨다. 제1 번째의 스트라이프 영역(32)의 묘화 종료 후, 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 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 묘화하는 것과 같이 교호로 방향을 변경하면서 묘화함으로써 묘화 시간을 단축시킬 수 있다. 단, 이러한 교호로 방향을 변경하면서 묘화하는 경우에 한정되지 않으며, 각 스트라이프 영역(32)을 묘화할 때 동일한 방향을 향해 묘화를 진행시키도록 해도 상관없다. 1 회의 샷으로는, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 각 홀(22)을 통과함으로써 형성된 멀티빔에 의해 최대로 각 홀(22)과 동일 수의 복수의 샷 패턴이 한 번에 형성된다.
도 7은 실시 형태 1에서의 멀티빔의 조사 영역과 묘화 대상 화소의 일례를 나타내는 도면이다. 도 7에서 스트라이프 영역(32)은 예를 들면 멀티빔의 빔 사이즈로 메쉬 형상의 복수의 메쉬 영역으로 분할된다. 예를 들면, 10 nm 정도의 사이즈로 하면 적합하다. 이러한 각 메쉬 영역이 묘화 대상 화소(36)(단위 조사 영역, 조사 위치 혹은 묘화 위치)가 된다. 묘화 대상 화소(36)의 사이즈는 빔 사이즈에 한정되지 않으며, 빔 사이즈와는 관계없이 임의의 크기로 구성되는 것이어도 상관없다. 예를 들면, 빔 사이즈의 1/n(n은 1 이상의 정수)의 사이즈로 구성되어도 상관없다. 메쉬 영역(화소)은 멀티빔의 1 개의 빔당 조사 단위 영역이 된다. 도 7의 예에서는, 시료(101)의 묘화 영역이 예를 들면 y 방향으로 1 회의 멀티빔(20)의 조사로 조사 가능한 조사 영역(34)(묘화 필드)의 사이즈와 실질적으로 동일한 폭 사이즈로 복수의 스트라이프 영역(32)으로 분할된 경우를 나타내고 있다. 또한, 스트라이프 영역(32)의 폭은 이에 한정되지 않는다. 조사 영역(34)의 n 배(n은 1 이상의 정수)의 사이즈이면 적합하다. 도 7의 예에서는 예를 들면 512×512 열의 멀티빔의 도시를 8×8 열의 멀티빔으로 생략하여 나타내고 있다. 그리고, 조사 영역(34) 내에 1 회의 멀티빔(20)의 샷으로 조사 가능한 복수의 화소(28)(빔의 묘화 위치)가 도시되어 있다. 바꾸어 말하면, 인접하는 화소(28) 간의 피치가 멀티빔의 각 빔 간의 피치가 된다. 도 7의 예에서는, 인접하는 4 개의 화소(28)로 둘러싸이고 또한 4 개의 화소(28) 중 1 개의 화소(28)를 포함하는 정사각형의 영역으로 1 개의 그리드(29)를 구성한다. 도 7의 예에서는, 각 그리드(29)는 4×4 화소로 구성되는 경우를 나타내고 있다.
도 8은 실시 형태 1에서의 멀티빔의 묘화 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 8에서는 도 7에서 나타낸 스트라이프 영역(32)을 묘화하는 멀티빔 중 y 방향 3 단째의 좌표(1, 3), (2, 3), (3, 3), ···, (512, 3)의 각 빔으로 묘화하는 그리드의 일부를 나타내고 있다. 도 8의 예에서는, 예를 들면 XY 스테이지(105)가 8 빔 피치분의 거리를 이동하는 동안에 4 개의 화소를 묘화(노광)하는 경우를 나타내고 있다. 이러한 4 개의 화소를 묘화(노광)하는 동안 조사 영역(34)이 XY 스테이지(105)의 이동에 의해 시료(101)와의 상대 위치가 이탈되지 않도록, 편향기(208)에 의해 멀티빔(20) 전체를 일괄 편향시킴으로써 조사 영역(34)을 XY 스테이지(105)의 이동에 추종시킨다. 바꾸어 말하면, 트래킹 제어가 행해진다. 도 8의 예에서는, 8 빔 피치분의 거리를 이동하는 동안에 4 개의 화소를 묘화(노광)함으로써 1 회의 트래킹 사이클을 실시하는 경우를 나타내고 있다.
구체적으로는, 스테이지 위치 측정기(139)가 미러(210)에 레이저를 조사하고, 미러(210)로부터 반사광을 수광함으로써 XY 스테이지(105)의 위치를 측장한다. 측장된 XY 스테이지(105)의 위치는 제어 계산기(110)에 출력된다. 제어 계산기(110) 내에서는 묘화 제어부(72)가 이러한 XY 스테이지(105)의 위치 정보를 편향 제어 회로(130)에 출력한다. 편향 제어 회로(130) 내에서는 XY 스테이지(105)의 이동에 맞추어 XY 스테이지(105)의 이동에 추종하도록 빔 편향시키기 위한 편향량 데이터(트래킹 편향 데이터)를 연산한다. 디지털 신호인 트래킹 편향 데이터는 DAC 앰프(134)에 출력되고, DAC 앰프(134)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한 후 증폭시켜 트래킹 편향 전압으로서 편향기(208)에 인가한다.
그리고, 묘화 기구(150)는 당해 샷에서의 멀티빔의 각 빔의 각각의 조사 시간 중 최대 묘화 시간(Ttr) 내의 각각의 화소(36)에 대응하는 묘화 시간(조사 시간 혹은 노광 시간)동안 각 화소(36)에 멀티빔(20) 중 ON빔의 각각 대응하는 빔을 조사한다.
도 8의 예에서는, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해 시각 t = 0에서 t = 최대 묘화 시간(Ttr)까지의 동안에 주목 그리드(29)의 예를 들면 최하단 오른쪽에서 2 번째의 화소에 1 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 이에 따라, 당해 화소는 원하는 조사 시간의 빔의 조사를 받은 것이 된다. 시각 t = 0에서 t = Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는 예를 들면 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안 트래킹 동작은 계속되고 있다.
당해 샷의 빔 조사 개시부터 당해 샷의 최대 묘화 시간(Ttr)이 경과한 후, 편향기(208)에 의해 트래킹 제어를 위한 빔 편향을 계속하면서, 트래킹 제어를 위한 빔 편향과는 별도로 편향기(209)에 의해 멀티빔(20)을 일괄적으로 편향시킴으로써 각 빔의 묘화 위치(전회의 묘화 위치)를 다음의 각 빔의 묘화 위치(금회의 묘화 위치)로 시프트한다. 도 8의 예에서는, 시각 t = Ttr이 된 시점에서, 주목 그리드(29)의 최하단 오른쪽에서 2 번째의 화소에서 밑에서부터 2 단째이며 오른쪽에서 2 번째의 화소로 묘화 대상 화소를 시프트한다. 그 동안에도 XY 스테이지(105)는 정속 이동하고 있으므로 트래킹 동작은 계속되고 있다.
그리고 트래킹 제어를 계속하면서, 시프트된 각 빔의 묘화 위치에 당해 샷의 최대 묘화 시간(Ttr) 내의 각각 대응하는 묘화 시간동안 멀티빔(20) 중 ON빔의 각각 대응하는 빔을 조사한다. 도 8의 예에서는, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해 시각 t = Ttr에서 t = 2Ttr까지의 동안에 주목 그리드(29)의 예를 들면 밑에서부터 2 단째이며 오른쪽에서 2 번째의 화소에 2 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 시각 t = Ttr에서 t = 2Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는 예를 들면 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안 트래킹 동작은 계속되고 있다.
도 8의 예에서는, 시각 t = 2Ttr이 된 시점에서, 주목 그리드(29)의 밑에서부터 2 단째이며 오른쪽에서 2 번째의 화소에서 밑에서부터 3 단째이며 오른쪽에서 2 번째의 화소로 편향기(209)에 의한 멀티빔의 일괄 편향에 의해 묘화 대상 화소를 시프트한다. 그 동안에도 XY 스테이지(105)는 이동하고 있으므로 트래킹 동작은 계속되고 있다. 그리고, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해 시각 t = 2Ttr에서 t = 3Ttr까지의 동안에 주목 그리드(29)의 예를 들면 밑에서부터 3 단째이며 오른쪽에서 2 번째의 화소에 3 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 이에 따라, 당해 화소는 원하는 조사 시간의 빔의 조사를 받은 것이 된다.
시각 t = 2Ttr에서 t = 3Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는 예를 들면 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안 트래킹 동작은 계속되고 있다. 시각 t = 3Ttr이 된 시점에서, 주목 그리드(29)의 밑에서부터 3 단째이며 오른쪽에서 2 번째의 화소에서 밑에서부터 4 단째이며 오른쪽에서 2 번째의 화소로 편향기(209)에 의한 멀티빔의 일괄 편향에 의해 묘화 대상 화소를 시프트한다. 그 동안에도 XY 스테이지(105)는 이동하고 있으므로 트래킹 동작은 계속되고 있다.
그리고, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해 시각 t = 3Ttr에서 t = 4Ttr까지의 동안에 주목 그리드(29)의 예를 들면 밑에서부터 4 단째이며 오른쪽에서 2 번째의 화소에 4 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 이에 따라, 당해 화소는 원하는 조사 시간의 빔의 조사를 받은 것이 된다.
시각 t = 3Ttr에서 t = 4Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는 예를 들면 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안 트래킹 동작은 계속되고 있다. 이상에 의해, 주목 그리드(29)의 오른쪽에서 2 번째의 화소열의 묘화가 종료된다.
도 8의 예에서는, 첫 회 위치에서 3 회 시프트된 후의 각 빔의 묘화 위치에 각각 대응하는 빔을 조사한 후, DAC 앰프 유닛(134)은 트래킹 제어용의 빔 편향을 리셋함으로써 트래킹 위치를 트래킹 제어가 개시된 트래킹 개시 위치로 되돌린다. 바꾸어 말하면, 트래킹 위치를 스테이지 이동 방향과 반대 방향으로 되돌린다. 도 8의 예에서는, 시각 t = 4Ttr이 된 시점에서, 주목 그리드(29)의 트래킹을 해제하고 x 방향으로 8 빔 피치분 이동된 주목 그리드로 빔을 되돌린다. 또한, 도 8의 예에서는 좌표(1, 3)의 빔(1)에 대해 설명하였으나, 그 외의 좌표의 빔에 대해서도 각각의 대응하는 그리드에 대하여 동일하게 묘화가 행해진다. 즉, 좌표(n, m)의 빔은 t = 4Ttr의 시점에서 대응하는 그리드에 대하여 오른쪽에서 2 번째의 화소열의 묘화가 종료된다. 예를 들면, 좌표(2, 3)의 빔(2)은 도 7의 빔(1)용의 주목 그리드(29)의 -x 방향으로 인접하는 그리드에 대하여 오른쪽에서 2 번째의 화소열의 묘화가 종료된다.
또한, 각 그리드의 오른쪽에서 2 번째의 화소열의 묘화는 종료되었으므로, 트래킹 리셋한 후에 차회의 트래킹 사이클에서 먼저 편향기(209)는 각 그리드의 밑에서부터 1 단째이며 오른쪽에서 3 번째의 화소에 각각 대응하는 빔의 묘화 위치를 맞추도록(시프트하도록) 편향시킨다. 또한, 도 8의 예에서는 각 그리드의 오른쪽에서 2 번째의 화소열의 묘화에 대해 설명하였으나, 각 그리드의 오른쪽에서 1 번째의 화소열의 묘화는 1 개 전의 트래킹 사이클에 의해 묘화가 종료되어 있다는 것은 말할 필요도 없다.
이상과 같이 동일한 트래킹 사이클 중에는 편향기(208)에 의해 조사 영역(34)을 시료(101)에 대하여 상대 위치가 동일한 위치가 되도록 제어된 상태에서, 편향기(209)에 의해 1 화소씩 시프트시키면서 각 샷을 행한다. 그리고, 트래킹 사이클이 1 사이클 종료된 후, 조사 영역(34)의 트래킹 위치를 되돌린 후에 도 6의 하단에 나타낸 바와 같이 예를 들면 1 화소 이동된 위치에 1 회째의 샷 위치를 맞추고, 다음의 트래킹 제어를 행하면서 편향기(209)에 의해 1 화소씩 시프트시키면서 각 샷을 행한다. 스트라이프 영역(32)의 묘화 중에 이러한 동작을 반복함으로써, 조사 영역(34a ~ 34o)과 같은 식으로 순차적으로 조사 영역(34)의 위치가 이동해 가고, 당해 스트라이프 영역의 묘화를 행해 간다.
멀티빔(20)으로 시료(101)를 묘화할 때, 전술한 바와 같이, 편향기(208)에 의한 트래킹 동작 중에 XY 스테이지(105)의 이동에 추종하면서 샷 빔이 되는 멀티빔(20)을 편향기(209)에 의한 빔 편향 위치의 이동에 의해 1 화소씩 차례로 연속으로 조사해 간다. 그리고, 시료(101) 상의 어느 화소를 멀티빔의 어느 빔이 조사할지는 묘화 시퀀스에 따라 결정된다. 그리고, 멀티빔의 x, y 방향으로 각각 인접하는 빔 간의 빔 피치를 이용하여, 시료(101)면 상에서의 x, y 방향으로 각각 인접하는 빔 간의 빔 피치(x 방향)×빔 피치(y 방향)의 영역은 n×n 화소의 영역(서브 피치 영역 : 그리드)으로 구성된다. 예를 들면, 1 회의 트래킹 동작으로 XY 스테이지(105)가 -x 방향으로 빔 피치(x 방향)만큼 이동하는 경우, 전술한 바와 같이 y 방향으로 1 개의 빔에 의해 조사 위치를 시프트하면서 n 화소가 묘화된다. 혹은, x 방향 혹은 경사 방향으로 1 개의 빔에 의해 조사 위치를 시프트하면서 n 화소가 묘화되어도 된다. 동일한 n×n 화소의 영역 내의 다른 n 화소가 차회의 트래킹 동작으로 전술한 빔과는 상이한 빔에 의해 동일하게 n 화소가 묘화된다. 이와 같이 n 회의 트래킹 동작으로 각각 상이한 빔에 의해 n 화소씩 묘화됨으로써, 1 개의 n×n 화소의 영역 내의 모든 화소가 묘화된다. 멀티빔의 조사 영역 내의 다른 n×n 화소의 영역에 대해서도 동시기에 동일한 동작이 실시되어, 동일하게 묘화된다.
이어서, 묘화 장치(100)에서의 묘화 기구(150)의 동작에 대해 설명한다. 전자총(201)(방출부)으로부터 방출된 전자빔(200)은 조명 렌즈(202)에 의해 대략 수직으로 성형 애퍼처 어레이 기판(203) 전체를 조명한다. 성형 애퍼처 어레이 기판(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 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀을 각각 통과함으로써, 예를 들면 직사각형 형상의 복수의 전자빔(멀티빔)(20a ~ e)이 형성된다. 이러한 멀티빔(20a ~ e)은 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)의 각각 대응하는 블랭커(제1 편향기 : 개별 블랭킹 기구) 내를 통과한다. 이러한 블랭커는 각각 개별적으로 통과하는 전자빔(20)을 편향시킨다(블랭킹 편향을 행함).
블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)를 통과한 멀티빔(20a ~ e)은 축소 렌즈(205)에 의해 축소되어 제한 애퍼처 기판(206)에 형성된 중심의 홀을 향해 진행된다. 여기서, 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)의 블랭커에 의해 편향된 전자빔(20)은 제한 애퍼처 기판(206)의 중심의 홀로부터 위치가 벗어나, 제한 애퍼처 기판(206)에 의해 차폐된다. 한편, 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)의 블랭커에 의해 편향되지 않은 전자빔(20)은 도 1에 나타낸 바와 같이 제한 애퍼처 기판(206)의 중심의 홀을 통과한다. 이러한 개별 블랭킹 기구의 ON / OFF에 의해 블랭킹 제어가 행해져, 빔의 ON / OFF가 제어된다. 이와 같이, 제한 애퍼처 기판(206)은 개별 블랭킹 기구에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐한다. 그리고, 빔마다 빔 ON이 된 후에 빔 OFF가 될 때까지 형성된 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 빔에 의해 1 회분의 샷의 빔이 형성된다. 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 멀티빔(20)은 대물 렌즈(207)에 의해 초점이 맞춰져 원하는 축소율의 패턴상이 되고, 편향기(208, 209)에 의해 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 각 빔(멀티빔(20) 전체)이 동일 방향으로 일괄적으로 편향되어, 각 빔의 시료(101) 상의 각각의 조사 위치에 조사된다. 한 번에 조사되는 멀티빔(20)은 이상적으로는 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀의 배열 피치에 전술한 원하는 축소율을 곱한 피치로 나열되게 된다.
도 9는 실시 형태 1에서의 묘화 방법의 주요부 공정을 나타내는 순서도이다. 도 9에서 실시 형태 1에서의 묘화 방법은 성형 애퍼처 사이즈 측정 공정(S101)과, 래스터화 처리 공정(S102)과, 화소마다의 조사량 연산 공정(S104)과, 화소 - 빔쌍 결정 공정(S106)과, 빔으로의 조사량 할당 공정(S108)과, 화소마다(빔마다) 조사 시간 연산 공정(S110)과, 디더링 화소 그룹(빔 그룹) 설정 공정(S112)과, 계조화 및 디더링 처리 공정(S114)과, 묘화 공정(S140)과 같은 일련의 공정을 실시한다.
도 10은 실시 형태 1에서의 계조화 및 디더링 처리 공정의 내부 공정을 나타내는 순서도이다. 도 10에서 계조화 및 디더링 처리 공정(S114)은 내부 공정으로서 디더링 화소 그룹(빔 그룹) 선택 공정(S120)과, 화소마다(빔마다) 계조화 조사 시간 연산 공정(S124)과, 화소마다(빔마다) 조사량 오차 연산 공정(S126)과, 디더링 그룹 내 오차 총합 연산 공정(S128)과, 오차 배분 대상 화소(빔) 선택 / 배분 처리 공정(S130)과 같은 일련의 공정을 실시한다.
성형 애퍼처 사이즈 측정 공정(S101)으로서, 현미경 등을 이용하여 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에 형성된 각 홀(22)의 사이즈(a)를 측정한다. 이상적으로는, 각 홀(22)의 사이즈(a)는 동일 사이즈가 바람직하지만, 가공 정밀도상 각 홀(22) 간에 약간의 편차가 발생할 수 있다. 각 홀(22)의 사이즈는 멀티빔(20)의 각 빔의 사이즈를 결정하므로, 사이즈에 오차가 발생하면 조사되는 빔의 조사량이 상이해진다. 그래서, 실시 형태 1에서는 이러한 홀(22)의 사이즈에 따른 조사량 오차도 고려하여 조사 시간을 설정한다. 단, 이에 한정되지 않으며, 각 홀(22) 간의 치수 오차를 허용할 수 있을 정도로 각 홀(22)의 가공이 가능한 경우에는 이러한 공정을 생략해도 상관없다.
래스터화 처리 공정(S102)으로서, 래스터화부(50)는 기억 장치(140)로부터 묘화 데이터를 독출하여 화소(36)마다 당해 화소(36) 내의 패턴 면적 밀도(ρ')를 연산한다. 이러한 처리는 예를 들면 스트라이프 영역(32)마다 실행한다.
화소마다의 조사량 연산 공정(S104)으로서, 조사량(D) 연산부(52)는 먼저 묘화 영역(여기서는 예를 들면 스트라이프 영역(32))을 소정의 사이즈로 메쉬 형상으로 복수의 근접 메쉬 영역(근접 효과 보정 계산용 메쉬 영역)으로 가상 분할한다. 근접 메쉬 영역의 사이즈는 근접 효과의 영향 범위의 1/10 정도, 예를 들면 1 μm 정도로 설정하면 적합하다. 조사량(D) 연산부(52)는 기억 장치(140)로부터 묘화 데이터를 독출하여 근접 메쉬 영역마다 당해 근접 메쉬 영역 내에 배치되는 패턴의 패턴 면적 밀도(ρ)를 연산한다.
이어서, 조사량(D) 연산부(52)는 근접 메쉬 영역마다 근접 효과를 보정하기 위한 근접 효과 보정 조사 계수(Dp(x))(보정 조사량)를 연산한다. 미지의 근접 효과 보정 조사 계수(Dp(x))는 후방 산란 계수(η), 임계치 모델의 조사량 임계치(Dth), 패턴 면적 밀도(ρ) 및 분포 함수(g(x))를 이용한 종래 방법과 동일한 근접 효과 보정용의 임계치 모델에 의해 정의할 수 있다.
이어서, 조사량(D) 연산부(52)는 화소(36)마다 당해 화소(36)에 조사하기 위한 입사 조사량(D(x))을 연산한다. 입사 조사량(D(x))은 예를 들면, 미리 설정된 기준 조사량(Dbase)에 근접 효과 보정 조사 계수(Dp)와 패턴 면적 밀도(ρ')를 곱한 값으로서 연산하면 된다. 기준 조사량(Dbase)은 예를 들면, Dth/(1/2+η)로 정의할 수 있다. 이상에 의해, 묘화 데이터에 정의되는 복수의 도형 패턴의 레이아웃에 기초한, 근접 효과가 보정된 본래의 원하는 조사량(D)을 얻을 수 있다.
화소 - 빔쌍 결정 공정(S106)으로서, 묘화 제어부(72)는 미리 설정된 묘화 시퀀스에 기초하여, 화소마다 몇 번째의 샷인지를 나타내는 샷 번호와, 당해 샷에 의해 조사되는 멀티빔(20) 중 어느 빔에 의해 조사될지를 나타내는 빔 식별 번호(예를 들면 빔 좌표)를 결정하여, 화소마다 화소와 쌍이 되는 빔의 조합(화소 - 빔쌍)을 결정한다.
빔으로의 조사량 할당 공정(S108)으로서, 할당부(54)는 샷 순으로 각 샷의 멀티빔(20)의 각 빔에 당해 빔을 조사할 화소(36)의 조사량(D)을 할당한다.
화소마다(빔마다) 조사 시간 연산 공정(S110)으로서, 조사 시간(t) 연산부(58)는 시료(101)의 묘화 영역(30)이 분할된, 멀티빔의 1 개의 빔당 조사 단위 영역이 되는 복수의 화소(36)에서의 화소(36)마다 당해 화소(36)로의 빔의 조사 시간(t)을 연산한다. 여기서, 각 화소의 조사 시간(t)은 성형 애퍼처 어레이(203)의 각 홀(22) 간에 사이즈 오차가 없다면 조사량(D)을 멀티빔(20)의 전류 밀도(J)로 나눈 값(= 설계상의 조사 시간(t0))으로 연산할 수 있다. 실시 형태 1에서는 각 홀(22) 간에 사이즈 오차를 고려한다. 그래서, 조사 시간(t) 연산부(58)는 설계상의 홀(22)의 사이즈(a0)와 실측한 홀(22)마다의 사이즈(a)를 이용하여 화소(36)마다 당해 화소(36)로의 빔의 조사 시간(t)을 연산한다. 조사 시간(t)은 이하의 식(1)로 정의할 수 있다. 계산 순서는 화소(36)의 배열 순서가 아니라 샷 순 또한 빔 순으로 연산해도 된다. 이에 따라, 빔마다 조사 시간(t)을 연산할 수 있다.
(1) t = (a0 2/a2)·D/J
= (a0 2/a2)·t0
디더링 화소 그룹(빔 그룹) 설정 공정(S112)으로서, 설정부(56)는 디더링 화소 그룹(빔 그룹)을 설정한다.
도 11은 실시 형태 1에서의 디더링 화소 그룹의 일례를 나타내는 도면이다. 도 11에서는 데이터 처리의 대상이 되고 있는 스트라이프 영역(32)의 일부를 나타내고 있다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 디더링 화소 그룹은 인접하는 복수의 화소(36)에 의해 구성된다. 도 11의 예에서는 예를 들면 2×2 개의 화소(36)에 의해 구성된다. 혹은, 3×3 개의 화소(36)에 의해 구성된다. 디더링 화소 그룹은 2n' 개의 화소(36)에 의해 구성됨으로써, 후술하는 바와 같이 n 비트의 계조화 조사 시간 데이터를 (n+n') 비트의 데이터로 분해능을 높일 수 있는데, 그룹 분할의 용이성에서 n'×n' 개의 화소(36)에 의해 구성되면 적합하다. n' 값은 미리 설정해 두면 된다.
계조화 및 디더링 처리 공정(S114)으로서, 화소마다 얻어진 조사 시간(t)을 이용하여 계조화 및 계조화에 수반하는 계조화 오차를 보정한다. 이하, 구체적으로 설명한다.
디더링 화소 그룹(빔 그룹) 선택 공정(S120)으로서, 선택부(60)는 설정된 복수의 디더링 화소 그룹(빔 그룹) 중에서 금회 대상이 되는 디더링 화소 그룹(빔 그룹)을 선택한다.
도 12는 실시 형태 1에서의 디더링 화소 그룹의 선택예를 나타내는 도면이다. 도 12에서는 데이터 처리의 대상이 되고 있는 스트라이프 영역(32)의 일부를 나타내고 있다. 도 12의 예에서는 2×2 개의 화소(36)에 의해 구성되는 디더링 화소 그룹에 대해 설명한다. 디더링 처리를 행하기 위해 도 12의 예에서는 예를 들면 왼쪽에서 2 번째의 2×2 개의 화소(36)에 의해 구성되는 디더링 화소 그룹을 선택한다.
화소마다(빔마다) 계조화 조사 시간 연산 공정(S124)으로서, 계조치 연산부(62)는 화소(36)마다 조사 시간(t)을 양자화 단위(δ)로 나눔으로써 얻어지는 계조화한 정수의 계조치(N)를 연산한다. 조사 시간(t)을 양자화 단위(δ)로 나눈 나머지는 버림한다. 계조치(N)는 다음의 식(2)로 정의할 수 있다. 계산 순서는 화소(36)의 배열 순서가 아니라 샷 순 또한 빔 순으로 연산해도 된다. 이에 따라, 빔마다 계조치(N)를 연산할 수 있다. 또한, 양자화 단위(δ)는 멀티빔(20)의 1 회의 샷으로 설정되는 최대 조사 시간(Ttr)과 n 비트의 계조화 조사 시간 데이터로 정의 가능한 최대 계조치(L)(= 2n-1)의 관계가 Ttr ≤ L·δ을 만족하는 범위에서 설정된다.
(2) N = floor(t/δ)
화소마다(빔마다) 조사량 오차 연산 공정(S126)으로서, 조사량 오차(ΔD) 연산부(64)는 디더링 화소 그룹마다 당해 그룹 내의 화소(36)마다의 계조치(N)와 조사 시간(t)을 이용하여 당해 그룹 내의 화소(36)마다의 조사량 오차(ΔD)를 연산한다. 조사량 오차(ΔD)는 계조화 조사 시간 오차(Δt)를 이용하여 이하의 식(3-1) 및 식(3-2)로 정의할 수 있다.
(3-1) ΔD = Δt·J
(3-2) Δt = N·δ-t
여기서 성형 애퍼처를 조명하는 전자빔(200)의 전류 밀도는 동일하지 않고 분포를 가지므로, 전류 밀도(J)는 빔에 의존하여 상이한 값이 된다.
디더링 그룹 내 오차 총합 연산 공정(S128)으로서, 조사량 오차합(ΔDsum) 연산부(66)는 그룹마다 당해 그룹 내의 각 화소(36)의 조사량 오차(ΔD)의 합(ΔDsum)을 연산한다. 조사량 오차합(ΔDsum)은 이하의 식(4)로 정의할 수 있다.
(4) ΔDsum = ΣΔD
여기서 ΔDsum은 조사량을 계조화함으로써 발생하는 오차가 아니라, 조사 시간을 계조화함으로써 발생하는 조사량의 오차이다.
오차 배분 대상 화소(빔) 선택 / 배분 처리 공정(S130)으로서, 계조치 보정부(68)는 인접하는 화소(36)군에 의해 구성되는 그룹마다 당해 그룹 내의 화소(36)군에 발생하는 조사 시간의 계조화에 수반하는 조사량 오차(ΔD)를 당해 그룹 내의 적어도 1 개의 화소(36)의 계조치(N)를 1 증감함으로써 보정한다. 계조치 보정부(68)는 그룹마다 화소(36)마다의 조사량 오차(ΔD)에 기초하여 당해 그룹 내의 적어도 1 개의 화소(36)의 계조치(N)를 1 증감한다. 구체적으로는, 계조치 보정부(68)는 그룹마다 조사량 오차의 합(ΔDsum)이 최소가 되도록 당해 그룹 내의 적어도 1 개의 화소(36)의 계조치(N)를 1 증감한다.
도 13(a) 내지 도 13(c)는 실시 형태 1에서의 디더링 처리에 의한 분해능 향상의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 13(a) 내지 도 13(c)의 예에서는 2×2 개의 화소(36)에 의해 디더링 화소 그룹을 구성하여 x 방향으로 연장되는 라인 패턴을 묘화하는 경우에 대해 설명한다. 도 13(a)는 배분 처리 공정(S130)의 결과 화소마다 배분되는 조사량의 예를 나타내고 있다. 흰 테두리선은 폭 400 nm, 높이 40 nm의 패턴의 윤곽을 나타낸다. 여기서는 패턴 영역 내의 조사량이 동일한 값 1.005로서 화소마다의 조사량 오차(ΔD)가 0.005인 경우를 나타내고 있다. g1은 디더링 그룹 중 하나이며, 10 nm의 화소의 2×2의 그룹으로 구성되어 있다. g1 이외에 도시하지 않은 디더링 그룹이 도 13(a) 내지 도 13(c)의 범위를 채우고 있는데, 패턴 상에 있는 디더링 그룹에는 2 화소에 0.01의 조사량이 배분되어 있다. 패턴 상에 없는 디더링 그룹은 조사량과 조사량 오차가 0이므로 조사량이 배분되지 않았다. 도 13(b)는 디더링 그룹의 화소마다의 도스 배분법을 설명하고 있다. 디더링 계조치마다 1, 2, 3, 4로 나타내는 화소에 차례로 노광 시간의 계조치(N)를 1만큼 늘려 조사량을 배분한다. 도 13(c)에서는 x 방향으로 연장되는 라인 패턴을 디더링 처리한 경우의 패턴의 엣지 위치(y 방향)의 변위를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 레지스트의 현상 모델로서 임계치 도스 모델을 이용하고 있는 조사량 분포로부터 레지스트 패턴의 치수를 계산하고 있다. 수차 및 레지스트 현상 프로세스에서의 빔의 블러를 반값폭 20 nm의 가우시안 함수로 표현하여 계산했다. 라인 패턴의 y 방향의 일방의 말단부의 화소를 포함하는 디더링 화소 그룹에 대해 디더링 화소 그룹 내의 어느 화소(36)에 대해서도 계조치 보정을 하지 않는(디더링 처리를 하지 않음) 경우, 도 13(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 13(c)의 가로축 '디더링 계조치'가 0으로 나타나는 239.5 nm가 되었다. 한편, 당해 디더링 화소 그룹 내의 모든 화소(36)에 대해 계조치를 1씩 증가시킨 경우, 도 13(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 13(c)의 가로축 '디더링 계조치'가 4로 나타나는 약 239.84 nm가 되었다. 이와 같이, 본래 어느 화소(36)도 계조치를 1씩만 설정할 수 있기 때문에, 화소(36)마다 조사량을 제어하려고 하면 239.5 nm의 다음은 약 239.84 nm가 된다.
이에 반해, 당해 디더링 화소 그룹 내의 1 개의 화소(36)에 대해 계조치를 1 증가시킨 경우, 도 13(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 13(c)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 1로 나타나는 약 239.57 nm가 되었다. 당해 디더링 화소 그룹 내의 2 개의 화소(36)에 대해 계조치를 1씩 증가시킨 경우, 도 13(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 13(c)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 2로 나타나는 약 239.67 nm가 되었다. 당해 디더링 화소 그룹 내의 3 개의 화소(36)에 대해 계조치를 1씩 증가시킨 경우, 도 13(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 13(c)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 3으로 나타나는 약 239.74 nm가 되었다. 이상의 결과로부터, 화소(36)마다 조사량을 제어하려고 하는 경우에 비해 조사량 제어 분해능을 4 배(= 22)로 높일 수 있다. 바꾸어 말하면, 2×2 개의 화소(36)에 의해 디더링 화소 그룹을 구성하는 경우, 디더링 처리를 행함으로써 1/4 계조씩 조사량(엣지 위치, 패턴 치수(CD))을 제어할 수 있다. 이는 계조화 조사 시간 데이터를 n 비트에서 (n+2) 비트의 정밀도로 향상시킨 것과 동일하다.
도 14(a) 내지 도 14(c)는 실시 형태 1에서의 디더링 처리에 의한 분해능 향상의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 14(a)의 예에서는 3×3 개의 화소(36)에 의해 디더링 화소 그룹을 구성하여 x 방향으로 연장되는 라인 패턴을 묘화하는 경우에 대해 설명한다. 여기서는 패턴 영역 내의 조사량이 동일한 값 1.003으로서 화소마다의 조사량 오차(ΔD)가 0.003인 경우를 나타내고 있다. 도 14(a)의 예에서는 디더링 그룹의 경계가 라인 패턴의 경계에 일치하지 않는다. 따라서 패턴 내의 화소를 포함하는 수에 의존하여 디더링 그룹마다 조사량을 배분하는 화소의 수가 상이하다. 패턴 영역 내에 있는 디더링 그룹(g1, g2)에서는 그룹 내에서 3 화소에 0.01의 조사량이 배분되어 있다. 패턴 경계를 넘는 디더링 그룹(g3, g4)에서는 1 화소에 0.01의 조사량이 배분되어 있다. 도 14(b)는 디더링 그룹의 화소마다의 도스의 할당법을 설명하고 있다. 디더링 계조치마다 1 내지 9로 나타내는 화소에 도스를 할당한다. 도 14(c)에서는 x 방향으로 연장되는 라인 패턴을 디더링 처리한 경우의 패턴 엣지 위치(y 방향)의 변위를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 라인 패턴의 y 방향의 일방의 말단부의 화소를 포함하는 디더링 화소 그룹에 대해 디더링 화소 그룹 내의 어느 화소(36)에 대해서도 계조치 보정을 하지 않는(디더링 처리를 하지 않음) 경우, 도 14(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 14(c)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 0으로 나타나는 239.5 nm가 되었다. 한편, 당해 디더링 화소 그룹 내의 모든 화소(36)에 대해 계조치를 1씩 증가시킨 경우, 도 14(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 14(c)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 9로 나타나는 약 239.85 nm가 되어, 도 13(c)에서 나타낸 경우와 대략 동일한 값으로 할 수 있다.
이에 반해, 당해 디더링 화소 그룹 내의 1 개의 화소(36)에 대해 계조치를 1 증가시킨 경우, 도 14(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 14(c)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 1로 나타나는 약 239.52 nm가 되었다. 당해 디더링 화소 그룹 내의 2 개의 화소(36)에 대해 계조치를 1씩 증가시킨 경우, 도 14(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 14(c)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 2로 나타나는 약 239.57 nm가 되었다. 당해 디더링 화소 그룹 내의 3 개의 화소(36)에 대해 계조치를 1씩 증가시킨 경우, 도 14(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 14(b)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 3으로 나타나는 약 239.61 nm가 되었다. 당해 디더링 화소 그룹 내의 4 개의 화소(36)에 대해 계조치를 1씩 증가시킨 경우, 도 14(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 14(b)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 4로 나타나는 약 239.64 nm가 되었다. 당해 디더링 화소 그룹 내의 5 개의 화소(36)에 대해 계조치를 1씩 증가시킨 경우, 도 14(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 14(c)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 5로 나타나는 약 239.68 nm가 되었다. 당해 디더링 화소 그룹 내의 6 개의 화소(36)에 대해 계조치를 1씩 증가시킨 경우, 도 14(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 14(c)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 6으로 나타나는 약 239.71 nm가 되었다. 당해 디더링 화소 그룹 내의 7 개의 화소(36)에 대해 계조치를 1씩 증가시킨 경우, 도 14(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 14(c)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 7로 나타나는 패턴 엣지 위치가 약 239.76 nm가 되었다. 당해 디더링 화소 그룹 내의 8 개의 화소(36)에 대해 계조치를 1씩 증가시킨 경우, 도 14(a)의 예의 패턴 엣지 위치는 도 14(c)의 가로축 ‘디더링 계조치’가 8로 나타나는 패턴 엣지 위치가 약 239.79 nm가 되었다. 이상의 결과로부터, 화소(36)마다 조사량을 제어하려고 하는 경우에 비해 조사량 제어 분해능을 9 배(≒ 23)로 높일 수 있다. 바꾸어 말하면, 3×3 개의 화소(36)에 의해 디더링 화소 그룹을 구성하는 경우, 디더링 처리를 행함으로써 1/9 계조씩 조사량(엣지 위치, 패턴 치수(CD))을 제어할 수 있다. 이는 계조화 조사 시간 데이터를 n 비트에서 (n+3) 비트의 정밀도 부근으로 향상시킨 것과 동일하다.
그래서, 계조치 보정부(68)는 그룹마다 조사량 오차의 합(ΔDsum)이 최소가 되도록 당해 그룹 내의 적어도 1 개의 화소(36)의 계조치(N)를 1 증감한다. 또한, 전술한 예에서는 계조화할 때 소수점 이하를 버림하고 있으므로, 조사량 오차합(ΔDsum)은 음이 된다. 바꾸어 말하면, 조사량이 그룹 내에서 부족하게 된다. 따라서, 이러한 경우에는 당해 그룹 내의 적어도 1 개의 화소(36)의 계조치(N)를 1 증가시킴으로써 조정된다. 계조화할 때 소수점 이하를 올림하고 있는 경우, 당해 그룹 내의 적어도 1 개의 화소(36)의 계조치(N)를 1 감소시킴으로써 조정된다. 계조화할 때 소수점 이하를 반올림하는 등 버림과 올림이 혼재하는 경우, 당해 그룹 내의 적어도 1 개의 화소(36)의 계조치(N)를 1 증감함으로써 조정된다. 예를 들면, 조사량 오차합(ΔDsum)이 -0.02 AU(어드레스 유닛)이며 1 계조당 0.1 AU의 조사량의 증감이 가능한 경우, 2×2 개의 화소(36)에 의한 디더링 화소 그룹에서는 0.1/4 = 0.025 AU씩 보정을 할 수 있다. 따라서 이러한 경우, 디더링 화소 그룹 내의 1 개의 화소의 계조치를 1 증가시킴으로써, 당해 디더링 화소 그룹 내에서 조사량 오차합(ΔDsum)이 -0.02+0.025 = 0.005 AU로 저감 가능하다. 예를 들면, 2×2 개의 화소(36)의 계조치(N)가 500, 500, 500, 500이었던 경우, 예를 들면 500, 501, 500, 500으로 보정함으로써 당해 디더링 화소 그룹 내의 조사량 오차합(ΔDsum)을 저감시킬 수 있다.
대상이 되는 스트라이프 영역(32) 내의 모든 디더링 화소 그룹에 대해 계조화 및 디더링 처리 공정(S114)을 반복한다. 이상과 같이, 디더링 화소 그룹 단위로 조사량 제어를 행함으로써, 화소(36)단위로 조사량 제어를 행하는 경우에 비해 계조화 오차를 저감시킬 수 있다. 또한, 계조치(N)를 1 증감할 화소(36)를 디더링 화소 그룹 내의 어느 화소로 할지에 대해서는, 그룹 내의 모든 화소(36)에 대해 대응 화소(36)를 조사하는 빔을 성형하는 홀(22)의 사이즈(a)가 모두 설계 사이즈(a0)라면 어느 화소를 선택해도 된다. 사이즈(a)에 분포가 있다면 조사량에 미치는 영향이 화소에 따라 상이하므로, 분포에 따라 최적의 화소의 조를 선택하면 된다.
또한, 묘화 영역(여기서는 대상이 되는 스트라이프 영역(32)) 내의 모든 화소(36)에 대해 패턴의 배치 유무에 관계없이 전술한 디더링 처리에 의한 계조치 보정을 행함으로써, 모든 화소(36)에 대해 계조화에 수반하는 조사량 오차를 저감시킬 수 있다.
묘화 공정(S140)으로서, 묘화 기구(150)는 그룹마다 계조화에 수반하는 조사량 오차(여기서는 조사량 오차합(ΔDsum))가 보정된 각 화소(36)의 계조치(N)에 기초해 멀티빔(20)을 이용하여 시료(101)에 패턴을 묘화한다. 구체적인 묘화 처리의 진행 방식은 전술한 대로이다. 묘화할 때에는 샷 순으로 화소를 이동하면서 멀티빔(20)이 조사되므로, 인접하는 화소(36)가 반드시 연속으로 노광되는 것은 아니라는 것은 전술한 대로이다.
m 번째의 스트라이프 영역(32)의 묘화 공정(S140)과 병행하여 (m+1) 번째의 스트라이프 영역(32)의 데이터 처리(S102 ~ S114)를 실시함으로써, 순차적으로 묘화 처리를 진행시켜 간다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 따르면 멀티빔 묘화에서 조사 시간(t)의 계조화 오차를 보정할 수 있다. 따라서, 계조화 오차에 기인하는 패턴의 선폭 치수(CD)의 치수 편차를 보정할 수 있다. 따라서, 고정밀도의 묘화를 행할 수 있다.
실시 형태 2.
실시 형태 2에서는 멀티빔(20)의 각 빔의 조사 위치가 설계 위치에서 이탈되어 있는 경우에 추가로 조사 위치 보정을 행하는 구성에 대해 설명한다.
도 15는 실시 형태 2에서의 묘화 장치의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 15에서 제어 계산기(110) 내에 추가로 조사량 배분부(76)를 추가한 점 이외에는 도 1과 동일하다.
래스터화부(50), 조사량(D) 연산부(52), 할당부(54), 설정부(56), 조사 시간(t) 연산부(58), 선택부(60), 계조치 연산부(62), 조사량 오차(ΔD) 연산부(64), 조사량 오차합(ΔDsum) 연산부(66), 계조치 보정부(68), 묘화 제어부(72) 및 조사량 배분부(76)와 같은 각 '~ 부'는 처리 회로를 가진다. 이러한 처리 회로는 예를 들면, 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로 혹은 반도체 장치를 포함한다. 각 '~ 부'는 공통되는 처리 회로(동일한 처리 회로)를 이용해도 되고, 혹은 상이한 처리 회로(별도의 처리 회로)를 이용해도 된다. 래스터화부(50), 조사량(D) 연산부(52), 할당부(54), 설정부(56), 조사 시간(t) 연산부(58), 선택부(60), 계조치 연산부(62), 조사량 오차(ΔD) 연산부(64), 조사량 오차합(ΔDsum) 연산부(66), 계조치 보정부(68), 묘화 제어부(72) 및 조사량 배분부(76)에 입출력되는 정보 및 연산 중인 정보는 메모리(112)에 그때마다 저장된다.
도 16은 실시 형태 2에서의 묘화 방법의 주요부 공정을 나타내는 순서도이다. 도 16에서 화소 - 빔쌍 결정 공정(S106) 전에 빔 위치 이탈량 취득 공정(S103)이 추가된 점, 빔으로의 조사량 할당 공정(S108)과 화소마다(빔마다) 조사 시간 연산 공정(S110) 사이에 위치 이탈분의 조사량 배분 공정(S109)이 추가된 점 이외에는 도 9와 동일하다. 이하, 특별히 설명하는 점 이외의 내용은 실시 형태 1과 동일하다.
성형 애퍼처 사이즈 측정 공정(S101)과 래스터화 처리 공정(S102)의 내용은 실시 형태 1과 동일하다.
빔 위치 이탈량 취득 공정(S103)으로서, 묘화 처리를 실시하기 전에 미리 시료(101)면 상에 멀티빔을 조사했을 때의 각 화소에서의 빔의 위치 이탈량을 측정한다. 도시하지 않은 레지스트가 도포된 측정용 기판을 XY 스테이지(105) 상에 배치하고 멀티빔(20)을 조사하여 그 조사 위치를 측정하면 된다. 예를 들면, 묘화 시퀀스를 따라 1 화소씩, 혹은 측정상 문제가 되지 않을 정도로 서로 이격된 복수 화소씩 묘화하고, 측정용 기판 상의 화소의 빔 조사 위치를 예를 들면 위치 계측 장치를 이용하여 측정하면 된다. 설계 위치와 측정 위치의 차를 구하면 화소마다의 위치 이탈량을 측정할 수 있다. 이러한 동작을 반복하여 모든 화소에 대해 빔의 위치 이탈량을 측정한다. 얻어진 위치 이탈 데이터는 외부로부터 입력되어 기억 장치(142)에 저장된다.
화소마다의 조사량 연산 공정(S104)과, 화소 - 빔쌍 결정 공정(S106)과, 빔으로의 조사량 할당 공정(S108)의 내용은 실시 형태 1과 동일하다.
위치 이탈분의 조사량 배분 공정(S109)으로서, 조사량 배분부(76)(배분부)는 화소(36)마다 당해 화소(36)로의 빔 조사를 담당하는 담당 빔의 위치 이탈량에 따라 주변 화소로 당해 화소(36)의 조사량 중 적어도 일부를 배분한다.
도 17(a)와 도 17(b)는 실시 형태 2에서의 위치 이탈 보정 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 17(a)의 예에서는, 좌표(x, y)의 화소(36)에 조사된 빔(a’)이 +x, +y측으로 위치 이탈을 일으킨 경우를 나타내고 있다. 이러한 위치 이탈이 발생되어 있는 빔(a’)에 의해 형성되는 패턴의 위치 이탈을 도 17(b)와 같이 좌표(x, y)의 화소에 맞는 위치로 보정하기 위해서는, 이탈된 분의 조사량을 이탈된 주위의 화소의 방향과는 반대측의 화소에 분배함으로써 보정할 수 있다. 도 17(a)의 예에서는, 좌표(x, y+1)의 화소에 이탈된 분의 조사량은 좌표(x, y-1)의 화소에 분배되면 된다. 좌표(x+1, y)의 화소에 이탈된 분의 조사량은 좌표(x-1, y)의 화소에 분배되면 된다. 좌표(x+1, y+1)의 화소에 이탈된 분의 조사량은 좌표(x-1, y-1)의 화소에 분배되면 된다. 이 때문에, 조사량 배분부(76)는 먼저 빔의 위치 이탈량에 비례하여 주위의 적어도 1 개의 화소용의 빔에 조사량을 분배하는 분배량(빔의 변조율)을 연산한다.
조사량 배분부(76)는 당해 화소로의 빔의 위치 이탈에 따른 이탈된 면적의 비율에 따라 당해 화소로의 빔의 변조율과 당해 화소의 주위의 적어도 1 개의 화소로의 빔의 변조율을 연산한다. 구체적으로는, 빔이 이탈되어 빔의 일부가 중첩된 주위의 화소마다 이탈된 분의 면적(중첩된 빔 부분의 면적)을 빔 면적으로 나눈 비율을 중첩된 화소와는 반대측에 위치하는 화소로의 분배량(배분 조사량)으로서 연산한다.
도 17(a)의 예에서, 좌표(x, y+1)의 화소로 이탈된 면적비는 (x 방향 빔 사이즈-x 방향 이탈량)×y 방향 이탈량/(x 방향 빔 사이즈×y 방향 빔 사이즈)로 연산할 수 있다. 따라서, 보정을 위해 좌표(x, y-1)의 화소로 분배하기 위한 분배량(배분 조사량)(A)은 (x 방향 빔 사이즈-x 방향 이탈량)×y 방향 이탈량/(x 방향 빔 사이즈×y 방향 빔 사이즈)×D(x, y)로 연산할 수 있다.
도 17(a)의 예에서, 좌표(x+1, y+1)의 화소로 이탈된 면적비는 x 방향 이탈량×y 방향 이탈량/(x 방향 빔 사이즈×y 방향 빔 사이즈)로 연산할 수 있다. 따라서, 보정을 위해 좌표(x-1, y-1)의 화소로 분배하기 위한 분배량(배분 조사량)(B)은 x 방향 이탈량×y 방향 이탈량/(x 방향 빔 사이즈×y 방향 빔 사이즈)×D(x, y)로 연산할 수 있다.
도 17(a)의 예에서, 좌표(x+1, y)의 화소로 이탈된 면적비는 x 방향 이탈량×(y 방향 빔 사이즈-y 방향 이탈량)/(x 방향 빔 사이즈×y 방향 빔 사이즈)로 연산할 수 있다. 따라서, 보정을 위해 좌표(x-1, y)의 화소로 분배하기 위한 분배량(배분 조사량)(C)은 x 방향 이탈량×(y 방향 빔 사이즈-y 방향 이탈량)/(x 방향 빔 사이즈×y 방향 빔 사이즈)×D(x, y)로 연산할 수 있다.
그 결과, 분배되지 않고 남은 분이 되는 좌표(x, y)의 화소의 새로운 조사량(D’)은 원래의 D(x, y)-A-B-C로 연산할 수 있다.
이어서, 조사량 배분부(76)는 연산된 각 배분 조사량을 대응하는 주위의 화소로 배분한다.
화소마다(빔마다) 조사 시간 연산 공정(S110)에서, 조사 시간(t) 연산부(58)는 조사량의 적어도 일부가 배분됨으로써 보정된 각 화소(36)의 조사량(D’)을 이용하여 화소(36)마다 조사 시간(t)을 연산한다. 그 외의 내용은 실시 형태 1과 동일하다.
디더링 화소 그룹(빔 그룹) 설정 공정(S112) 이후의 각 공정의 내용은 실시 형태 1과 동일하다.
도 18(a) 내지 도 18(c)는 실시 형태 2에서의 빔의 위치 이탈 보정의 유무에 따른 패턴 형상의 일례와 패턴 엣지 위치의 일례를 나타내는 도면이다. x 방향으로 연장되는 40 nm 폭의 라인 패턴을 설정하고 있다. 도 18(a)에서는 빔의 위치 이탈 보정을 행하지 않는 경우에 형성되는 조사량 분포의 모습을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 이에 반해, 도 18(b)에서는 빔의 위치 이탈 보정을 행한 경우에 형성되는 조사량 분포 모습을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 도 18(c)에서는 이러한 라인 패턴의 y 방향의 일방의 엣지 위치의 변화를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 도 18(a) 및 도 18(b)의 조사량 분포를 반값폭 20 nm의 가우시안으로 콘볼루션 적분한 분포의 등고선으로부터 레지스트의 현상 후에 형성되는 패턴의 말단의 위치를 계산하고 있다. 빔의 위치 이탈 보정을 행하지 않는 경우, 도 18(a) 및 도 18(c)의 그래프(B)에 나타낸 바와 같이, 라인 패턴의 y 방향의 일방의 엣지 위치가 크게 이탈된다. 이에 반해, 빔의 위치 이탈 보정을 행하는 경우, 도 18(b) 및 도 18(c)의 그래프(A)에 나타낸 바와 같이, 라인 패턴의 y 방향의 일방의 엣지 위치의 이탈이 보정된다.
이상과 같이, 실시 형태 2에 따르면 멀티빔 묘화에서 조사 시간(t)의 계조화 오차 외에, 묘화 기구(150)에 발생된 멀티빔(20)의 조사 위치의 위치 이탈을 보정할 수 있다. 따라서, 더 고정밀도의 묘화를 행할 수 있다.
전술한 각 실시 형태에서는 다중 묘화를 행하지 않는 경우, 혹은 다중 묘화를 행하는 경우라도 다중 묘화의 동일 패스(묘화 처리) 내에서 디더링 처리에 의한 계조화 보정을 완결하는 경우에 대해 설명하였다. 단, 이에 한정되지 않으며, 다중 묘화의 복수의 패스 간에 걸쳐 계조화 보정을 행해도 된다.
도 19(a) 내지 도 19(c)는 실시 형태 1, 2에서의 다중 묘화를 행하는 경우의 디더링 처리에 의한 계조화 보정을 행하는 경우의 일례를 나타내는 도면이다. 도 19(a) 내지 도 19(c)의 예에서는 다중도 4(4 패스)의 다중 묘화를 행하는 경우를 나타내고 있다. 도 19(a)에서는, 디더링 처리에 의한 계조화 보정을 행하지 않는 다중 묘화의 일반적인 각 패스에서의 디더링 화소 그룹을 구성하는 화소(1) ~ (4)로 나타내는 2×2 개의 화소(36)의 계조치의 일례를 나타내고 있다. 도 19(a)의 예에서는 1 ~ 4 패스째 모두 2×2 개의 화소(36)의 계조치가 모두 '7'인 경우를 나타내고 있다. 도 19(a)의 예에 나타낸 다중 묘화에 대하여 실시 형태 1 혹은 실시 형태 2의 방법을 적용하는 경우, 도 19(b)에 나타낸 바와 같이 4 패스 중 1 패스째에만 디더링 처리에 의한 계조화 보정을 행해도 된다. 도 19(b)에서는, 1 패스째의 화소(1)와 화소(3)에 대해 계조치를 1만큼 크게 함으로써 디더링 처리에 의한 계조화 보정을 행하고 있다. 혹은, 도 19(c)에 나타낸 바와 같이 4 패스 중 복수의 패스 간에 디더링 처리에 의한 계조화 보정을 분담해서 행해도 된다. 도 19(c)에서는, 1 패스째의 화소(1)에 대해 계조치를 1만큼 크게 하고, 2 패스째의 화소(3)에 대해 계조치를 1만큼 크게 함으로써, 결과적으로 도 19(b)와 동일한 디더링 처리에 의한 계조화 보정을 행하고 있다. 이와 같이, 다중 묘화를 행하는 경우에 복수의 패스에 의해 계조화 보정을 분담하면서 디더링 처리에 의한 계조화 보정을 행해도 된다.
이상, 구체예를 참조하여 실시 형태에 대해 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되지 않는다.
또한, 전술한 예에서는 각 제어 회로(41)의 제어용으로 10 비트의 제어 신호가 입력되는 경우를 나타냈으나, 비트 수는 적절히 설정하면 된다. 예를 들면, 2 비트 혹은 3 비트 ~ 9 비트의 제어 신호를 이용해도 된다. 또한, 11 비트 이상의 제어 신호를 이용해도 된다.
또한, 전술한 예에서는 디더링 그룹의 계층을 1로 하였으나, 복수의 디더링 그룹을 서브 그룹으로 하여 2 계층으로 해도 된다. 그룹마다의 디더링 후의 조사량합 오차에 따라 서브 그룹의 일부에 조사량을 배분함으로써 조사량합의 오차를 더 저감시킬 수 있다.
또한, 장치 구성 또는 제어 방법 등 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요한 장치 구성 또는 제어 방법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요한 제어부 구성을 적절히 선택하여 이용하는 것은 말할 필요도 없다.
그 외에 본 발명의 요소를 구비하며 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 방법은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 몇 개의 실시 형태를 설명하였으나, 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 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태 또는 그 변형은 발명의 범위 또는 요지에 포함되고, 또한 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 시료의 묘화 영역이 분할된, 멀티 하전 입자빔의 1 개의 빔당 조사 단위 영역이 되는 복수의 화소에서의 화소마다 상기 화소로의 빔의 조사 시간을 연산하는 조사 시간 연산 처리 회로와,
    상기 화소마다 상기 조사 시간을 양자화 단위로 나눔으로써 계조화한 계조치를 연산하는 계조치 연산 처리 회로와,
    인접하는 화소군에 의해 구성되는 그룹마다, 상기 그룹 내의 화소군에 발생하는 조사 시간의 계조화에 수반하는 조사량 오차를 상기 그룹 내의 적어도 1 개의 화소의 계조치를 1 증감함으로써 보정하는 계조치 보정 처리 회로와,
    상기 멀티 하전 입자빔을 형성하는 성형 애퍼처 어레이 기판과, 상기 멀티 하전 입자빔을 편향시키는 편향기와, 상기 시료를 재치하는 스테이지를 가지며, 상기 그룹마다 상기 계조화에 수반하는 상기 조사량 오차가 보정된 각 화소의 계조치에 기초해 상기 멀티 하전 입자빔을 이용하여 상기 시료에 패턴을 묘화하는 묘화 기구
    를 구비한 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그룹마다 상기 그룹 내의 화소마다의 상기 계조치와 상기 조사 시간을 이용하여 상기 그룹 내의 화소마다의 조사량 오차를 연산하는 조사량 오차 연산 처리 회로를 더 구비하고,
    상기 계조치 보정 처리 회로는 상기 그룹마다 상기 화소마다의 상기 조사량 오차에 기초하여 상기 그룹 내의 적어도 1 개의 화소의 계조치를 1 증감하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 그룹마다 상기 그룹 내의 각 화소의 조사량 오차의 합을 연산하는 조사량 오차합 연산 처리 회로를 더 구비하고,
    상기 계조치 보정 처리 회로는 상기 그룹마다 상기 조사량 오차의 합이 최소가 되도록 상기 그룹 내의 적어도 1 개의 화소의 계조치를 1 증감하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화소마다 상기 화소로의 빔 조사를 담당하는 담당 빔의 위치 이탈량에 따라 주변 화소로 상기 화소의 조사량 중 적어도 일부를 배분하는 배분 처리 회로를 더 구비하고,
    상기 조사 시간 연산 처리 회로는 상기 조사량 중 적어도 일부가 배분됨으로써 보정된 각 화소의 조사량을 이용하여 상기 화소마다 상기 조사 시간을 연산하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인접하는 화소군에 의해 구성되는 복수의 그룹을 설정하는 설정부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 그룹의 각 그룹은 n'×n' 개의 화소군에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 그룹의 각 그룹은 2×2 개의 화소군에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 그룹의 각 그룹은 3×3 개의 화소군에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 계조치 보정 처리 회로는 상기 n'×n' 개의 화소군에 발생하는 상기 조사량 오차를 상기 n'×n' 개의 화소군 중 적어도 1 개의 화소의 계조치를 1 증감함으로써 보정하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  10. 시료의 묘화 영역이 분할된, 멀티 하전 입자빔의 1 개의 빔당 조사 단위 영역이 되는 복수의 화소에서의 화소마다, 상기 화소로의 빔의 조사 시간을 연산하고,
    상기 화소마다 상기 조사 시간을 양자화 단위로 나눔으로써 계조화한 계조치를 연산하고,
    인접하는 화소군에 의해 구성되는 그룹마다, 상기 그룹 내의 화소군에 발생하는 조사 시간의 계조화에 수반하는 조사량 오차를 상기 그룹 내의 적어도 1 개의 화소의 계조치를 1 증감함으로써 보정하고,
    상기 그룹마다 상기 계조화에 수반하는 상기 조사량 오차가 보정된 각 화소의 계조치에 기초해 상기 멀티 하전 입자빔을 이용하여 상기 시료에 패턴을 묘화하는 멀티 하전 입자빔 묘화 방법.
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