KR102178486B1 - 멀티 빔의 개별 빔 검출기, 멀티 빔 조사 장치, 및 멀티 빔의 개별 빔 검출 방법 - Google Patents

멀티 빔의 개별 빔 검출기, 멀티 빔 조사 장치, 및 멀티 빔의 개별 빔 검출 방법 Download PDF

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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

본 발명의 일 태양의 멀티 빔의 개별 빔 검출기는, 멀티 빔의 빔 간 피치보다 작고, 빔 지름보다 큰 사이즈의 통과 홀이 1 개 형성된, 상기 멀티 빔이 투과 가능한 막 두께의 박막과, 상기 박막을 지지함과 동시에, 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀을 포함하는 영역 하에 개구부가 형성되고, 상기 개구부의 폭 사이즈가 상기 박막에 상기 멀티 빔이 조사되는 경우에 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀의 주연의 온도가 상기 주연에 부착되는 불순물의 증발 온도보다 높은 온도가 되는 사이즈로 형성된 지지대와, 상기 박막의 상기 통과 홀을 통과한 1 개의 검출 대상 빔이, 식별 가능한 콘트라스트를 가지는 검출값이 얻어지는 상기 박막으로부터의 거리에 배치된 센서를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 빔의 개별 빔 검출기, 멀티 빔 조사 장치, 및 멀티 빔의 개별 빔 검출 방법 {INDIVIDUAL BEAM DETECTOR FOR MULTIPLE BEAMS, MULTI-BEAM IRRADIATION APPARATUS, AND INDIVIDUAL BEAM DETECTION METHOD FOR MULTIPLE BEAMS}
본 출원은 2017년 11월 3일에 출원된 미국 특허 출원 제62/581,382에 기초하고 그 우선권을 주장한 것으로서, 그 모든 내용이 여기에서 참조로 포함된다.
본 발명은, 멀티 빔의 개별 빔 검출기, 멀티 빔 조사 장치, 및 멀티 빔의 개별 빔 검출 방법에 관한 것이며, 예를 들면, 멀티 빔 묘화에 있어서의 개별 빔을 검출하는 검출기에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 진전을 담당하는 리소그래피 기술은 반도체 제조 프로세스 중에서도 유일 패턴을 생성하는 매우 중요한 프로세스이다. 최근, LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스에 요구되는 회로 선 폭은 해마다 미세화되고 있다. 여기서, 전자 빔 묘화 기술은 본질적으로 우수한 해상성을 가지고 있으며, 마스크 블랭크스에 전자 빔을 사용하여 마스크 패턴을 묘화하는 것이 행해지고 있다.
예를 들면, 멀티 빔을 사용한 묘화 장치가 있다. 1 개의 전자 빔으로 묘화하는 경우에 비해, 멀티 빔을 이용함으로써 한 번에 많은 빔을 조사할 수 있으므로 스루풋을 대폭 향상시킬 수 있다. 이러한 멀티 빔 방식의 묘화 장치에서는, 예를 들면, 전자 총으로부터 방출된 전자 빔을 복수의 홀을 가진 마스크를 통하여 멀티 빔을 형성하고, 각각 블랭킹 제어되어, 차폐되지 않은 각 빔이 광학계로 축소되고, 축소된 각 빔이 편향기로 편향되어 시료 상의 원하는 위치로 조사된다.
시료면 상에서의 멀티 빔의 조사 위치를 고정밀도로 유지하기 위해서는, 멀티 빔을 구성하는 각 빔의 시료면 상에서의 위치를 개별적으로 고정밀도로 파악하는 것이 중요하다. 빔 갯수가 적고, 예를 들면, 몇 개 정도이며, 빔 간 피치가 충분히 넓은 구성에서는, 각 빔용으로 빔 갯수와 동일한 수의 마크를 스테이지 상에 배치하고, 각 빔을 대응하는 마크 상을 스캔시킴으로써 각 빔의 위치를 측정할 수 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제2009－009882호). 그러나, 회로 패턴의 미세화에 수반하여, 스루풋을 대폭 향상시키기 위해서는, 보다 많은 빔 수에 의한 멀티 빔이 필요해진다. 그리고, 빔 갯수의 증가에 수반하여, 빔 지름은 작아지고, 빔 간 피치는 좁아진다. 이와 같이, 빔 갯수가 증가하고 빔 간 피치가 좁아짐에 따라, 조사된 멀티 빔 중에서 각 빔을 1 개씩 개별적으로 스테이지 상에 배치된 마크를 사용하여 검출하는 것은 용이하지 않다. 반사 마크를 사용한 예에서는, 멀티 빔을 1 열분으로만 좁힌 빔 군에서 순서대로 마크 상을 주사하여, 2 차 전자를 검출하는 검출기가 검토되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제2004－071691호). 그러나, 이러한 구성에서는, 검출기와는 별도로 1 열분의 빔 이외를 빔 OFF로 하는 기구가 필요해진다. 투과 마크를 사용한 예에서는, 예를 들면, 다른 빔 군으로부터 충분한 콘트라스트를 얻기 위해, 가능한 한 두꺼운 중금속에 1 개의 미소 홀을 뚫음으로써, 미소 홀을 통과하는 1 개의 빔 이외의 다른 빔 군을 중금속으로 차폐하는 검출기가 검토되어 있다. 그러나, 이러한 검출기에서는, 콘트라스트가 얻어지는 대신에, 미소 홀이, 부착되는 불순물에 의해 단기간에 막혀버린다고 하는 문제가 있었다. 예를 들면, 수 시간에 미소 홀이 막혀버린다.
본 발명의 일 태양의 멀티 빔의 개별 빔 검출기는, 전자 빔에 의해 구성되는 멀티 빔의 빔 간 피치보다 작고, 상기 빔 지름보다 큰 사이즈의 통과 홀이 1 개 형성된, 상기 멀티 빔이 투과 가능한 막 두께의 박막과, 상기 박막을 지지함과 동시에, 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀을 포함하는 영역 하에 개구부가 형성되고, 상기 개구부의 폭 사이즈가 상기 박막에 상기 멀티 빔이 조사되는 경우에 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀의 주연의 온도가 상기 주연에 부착되는 불순물의 증발 온도보다 높은 온도가 되는 사이즈로 형성된 지지대와, 상기 박막 표면을 상기 멀티 빔으로 주사하는 경우에, 상기 박막의 상기 통과 홀을 통과한 1 개의 검출 대상 빔이, 상기 지지대에 의해 차폐되지 않고 상기 개구부를 통과하는 상기 박막을 투과한 투과 빔 군으로부터 식별 가능한 콘트라스트를 가지는 검출값이 얻어지는 상기 박막으로부터의 거리에 배치된 센서를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 빔 조사 장치는, 시료를 재치하는 스테이지와, 전자 빔을 방출하는 방출원과, 상기 전자 빔의 조사를 받아, 각각 상기 전자 빔의 일부를 통과시킴으로써 멀티 빔을 형성하는 성형 애퍼처 어레이 기판과, 상기 멀티 빔을 상기 시료 상에 조사하는 전자 광학계와, 전자 빔에 의해 구성되는 멀티 빔의 빔 간 피치보다 작고, 상기 빔 지름보다 큰 사이즈의 통과 홀이 1 개 형성된, 상기 멀티 빔이 투과 가능한 막 두께의 박막과, 상기 박막을 지지함과 동시에, 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀을 포함하는 영역 하에 개구부가 형성되고, 상기 개구부의 폭 사이즈가 상기 박막에 상기 멀티 빔이 조사되는 경우에 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀의 주연의 온도가 상기 주연에 부착되는 불순물의 증발 온도보다 높은 온도가 되는 사이즈로 형성된 지지대와, 상기 박막 상을 상기 멀티 빔으로 주사 하는 경우에, 상기 박막의 상기 통과 홀을 통과한 1 개의 검출 대상 빔이, 상기 지지대에 의해 차폐되지 않고 상기 개구부를 통과하는 상기 박막을 투과한 투과 빔 군으로부터 식별 가능한 콘트라스트를 가지는 검출값이 얻어지는 상기 박막으로부터의 거리에 배치된 센서를 가지고, 상기 스테이지 상에 배치되어, 상기 멀티 빔의 각 빔을 개별적으로 검출하는 개별 빔 검출기를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 빔의 개별 빔 검출 방법은, 전자 빔에 의해 구성되는 멀티 빔의 빔 간 피치보다 작고, 상기 빔 지름보다 큰 사이즈의 통과 홀이 형성된 박막 상에, 상기 멀티 빔을 조사하고,　상기 통과 홀에, 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀의 주연의 온도를 상기 주연에 부착되는 불순물의 증발 온도보다 높은 온도로 유지한 상태에서, 상기 멀티 빔 중 1 개의 빔을 통과시킴과 동시에, 상기 박막에, 상기 1 개의 빔의 주변의 빔 군을 투과시키고, 상기 통과 홀을 통과한 상기 1 개의 빔을, 투과한 상기 빔 군으로부터 식별 가능한 콘트라스트가 얻어지는 상기 박막으로부터의 거리에 배치된 센서로 검출하는 것을 특징으로 한다.
도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 묘화 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는, 실시 형태 1에 있어서의 성형 애퍼처 어레이 기판의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은, 실시 형태 1에 있어서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는, 실시 형태 1에 있어서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 멤브레인 영역 내의 구성의 일부를 나타내는 상면 개념도이다.
도 5는, 실시 형태 1에 있어서의 묘화 동작의 일예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은, 실시 형태 1에 있어서의 투과 마크형의 개별 빔 검출기의 구성 단면도이다.
도 7(a)와 도 7(b)는, 실시 형태 1과 비교예와의 사이에 있어서의 전열의 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출기 내에서의 측정 대상 빔과 박막 투과 빔의 모습의 일예를 나타내는 도면이다.
도 9a와 도 9b는, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출기의 검출 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출기의 적용 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 11a와 도 11b는, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔을 검출한 화상의 일예를 나타내는 도면이다.
도 13a와 도 13b는, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔의 위치를 측정하는 수법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시 형태에서는, 불순물에 의해 단기간에 막혀버리는 것을 방지할 수 있는 멀티 빔의 개별 빔 검출기, 개별 빔 검출기가 탑재되는 장치 및 검출 방법에 대하여 설명한다.
또한, 이하, 실시 형태에서는, 개별 빔 검출기가 탑재되는 장치의 일예로서, 멀티 빔 묘화 장치에 대하여 설명한다. 단, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 패턴의 결함을 검사하는 검사 장치 등의 멀티 빔을 조사하는 장치라면 마찬가지로 탑재할 수 있다.
실시 형태 1.
도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 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 입자 빔 묘화 장치의 일예이다. 묘화 기구(150)는, 전자 경통(102)과 묘화실(103)을 구비하고 있다. 전자 경통(102) 내에는, 전자 총(201), 조명 렌즈(202), 성형 애퍼처 어레이 기판(203), 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204), 축소 렌즈(205), 제한 애퍼처 기판(206), 대물 렌즈(207), 및 편향기(208)가 배치되어 있다. 묘화실(103) 내에는, XY 스테이지(105)가 배치된다. XY 스테이지(105) 상에는, 묘화 시에는 묘화 대상 기판이 되는 마스크블랭크스 등의 시료(101)가 배치된다. 시료(101)에는, 반도체 장치를 제조할 때의 노광용 마스크, 혹은 반도체 장치가 제조되는 반도체 기판(실리콘 웨이퍼) 등이 포함된다. XY 스테이지(105) 상에는, 또한 XY 스테이지(105)의 위치 측정용의 미러(210)가 배치된다. 또한, XY 스테이지(105) 상에는, 투과 마크형의 개별 빔 검출기(106)가 배치된다. 빔이 주사하는 개별 빔 검출기(106)의 상면 높이는, 시료(101)의 표면 높이 위치와 실질적으로 동일한 높이로 배치되면 바람직하다. 혹은, 높이 조정이 가능하도록 배치되면 바람직하다.
제어계 회로(160)는, 제어 계산기(110), 메모리(112), 편향 제어 회로(130), 검출 앰프(138), 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), 검출 앰프(138), 스테이지 위치 검출기(139) 및 기억 장치(140, 142)는, 도시하지 않은 버스를 통하여 서로 접속되어 있다. 기억 장치(140)(기억부)에는, 묘화 데이터가 외부로부터 입력되어 저장되어 있다.
제어 계산기(110) 내에는, 측정부(54), 데이터 처리부(56), 및 묘화 제어부(58)가 배치되어 있다. 측정부(54), 데이터 처리부(56), 및 묘화 제어부(58)라고 하는 각 「~부」는, 처리 회로(processing circuitry)를 포함하고, 그 처리 회로에는, 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로, 혹은 반도체 장치 등이 포함된다. 또한, 각 「~부」는, 공통되는 처리 회로(동일한 처리 회로)를 이용해도 된다. 혹은, 상이한 처리 회로(다른 처리 회로)를 이용해도 된다. 측정부(54), 데이터 처리부(56), 및 묘화 제어부(58)에 입출력되는 정보 및 연산 중의 정보는 메모리(112)에 그때마다 저장된다.
여기서, 도 1에서는, 실시 형태 1을 설명함에 있어서 필요한 구성을 기재하고 있다. 묘화 장치(100)에 있어서, 통상, 필요한 그 밖의 구성을 구비하고 있어도 상관없다.
도 2는, 실시 형태 1에 있어서의 성형 애퍼처 어레이 기판의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 2에서, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에는, 종(y 방향) p열×횡(x 방향) q열(p, q≥2)의 홀(개구부)(22)이 소정의 배열 피치로 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 도 2에서는, 예를 들면, 종횡(x, y 방향)으로 512×512열의 홀(22)이 형성된다. 각 홀(22)은, 모두 동일한 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 혹은, 동일한 직경의 원형이어도 상관없다. 이들 복수의 홀(22)을 전자 빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티 빔(20)이 형성되게 된다. 여기에서는, 종횡(x, y 방향)이 모두 2열 이상의 홀(22)이 배치된 예를 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 종횡(x, y 방향) 중 어느 한 쪽이 복수 열이고, 다른 한 쪽은 1 열뿐이어도 상관없다. 또한, 홀(22)의 배열의 방법은, 도 2와 같이, 종횡이 격자 모양으로 배치되는 경우에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 종 방향(y 방향) k 단째의 열과 k＋1 단째의 열의 홀끼리가, 횡 방향(x 방향)으로 치수 a만큼 이탈되어 배치되어도 된다. 마찬가지로, 종 방향(y 방향) k＋1 단째의 열과, k＋2 단째의 열의 홀끼리가, 횡 방향(x 방향)으로 치수 b만큼 이탈되어 배치되어도 된다.
도 3은, 실시 형태 1에 있어서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 4는, 실시 형태 1에 있어서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 멤브레인 영역 내의 구성의 일부를 나타내는 상면 개념도이다. 또한, 도 3과 도 4에서, 스위칭 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41)의 위치 관계는 일치시켜 기재하고 있지 않다. 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 지지 기판(33) 상에 실리콘 등으로 이루어지는 반도체 기판(31)이 배치된다. 기판(31)의 중앙부는, 예를 들면, 이면측으로부터 얇게 깎아져, 얇은 막 두께(h)의 멤브레인 영역(330)(제1 영역)에 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 높이 위치가 되도록 형성된다. 기판(31)은, 외주 영역(332)의 이면에서 지지 기판(33) 상에 보지된다. 지지 기판(33)의 중앙부는 개구하고 있고, 멤브레인 영역(330)의 위치는, 지지 기판(33)의 개구된 영역에 위치하고 있다.
멤브레인 영역(330)에는, 도 2에 도시한 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 각 홀(22)에 대응하는 위치에 멀티 빔의 각각의 빔의 통과용의 통과 홀(25)(개구부)이 개구된다. 환언하면, 기판(31)에는, 전자선을 이용한 멀티 빔이 통과하는, 어레이 배치된 복수의 통과 홀(25)이 형성된다. 그리고, 멤브레인 영역(330) 상에는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 각 통과 홀(25)의 근방 위치에 해당하는 통과 홀(25)을 사이에 두고 블랭킹 편향용의 스위칭 전극(24)과 대향 전극(26)의 조(블랭커：블랭킹 편향기)가 각각 배치된다. 또한, 멤브레인 영역(330)의 막 두께 방향 내부이며, 각 통과 홀(25)의 근방에는, 각 통과 홀(25)용의 스위칭 전극(24)에 2 값(양의 전위(Vdd)와 그라운드(GND) 전위)의 편향 전압을 전환 가능하도록 인가하는 제어 회로(41)(로직 회로)가 각각 배치된다. 각 빔용의 대향 전극(26)은, 그라운드(GND) 전위가 인가된다. 또한, 기판(31)에 형성된 복수의 통과 홀(25)의 주위에는, 복수의 제어 회로(41)에 조사 시간 데이터를 포함하는 제어 신호 송신을 하기 위한 복수의 패드(43)가 배치된다.
또한, 도 3 및 도 4의 예에서는, 스위칭 전극(24)의 수와 대향 전극(26)의 수가 동일한 수의 경우를 나타내고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 어레이 배치되는 복수의 스위칭 전극(24)의, 예를 들면, 같은 행 혹은 열마다, 공통의 대향 전극(26)을 배치해도 된다. 따라서, 복수의 대향 전극(26)과 복수의 스위칭 전극(24)의 구성비는, 1：1 혹은 1：다(多)여도 된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 각 제어 회로(41)는, 제어 신호용의 n 비트(예를 들면 10 비트)의 패러렐 배선이 접속된다. 각 제어 회로(41)는, 제어용의 n 비트의 패러렐 배선 외에, 클록 신호선 및 전원용의 배선이 접속된다. 클록 신호선 및 전원용의 배선은 패러렐 배선의 일부의 배선을 유용해도 상관없다. 멀티 빔을 구성하는 각각의 빔마다, 스위칭 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41)에 의한 개별 블랭킹 기구(47)가 구성된다. 또한, 도 3의 예에서는, 스위칭 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41)가 기판(31)의 막 두께가 얇은 멤브레인 영역(330)에 배치된다.
복수의 통과 홀(25)을 통과하는 멀티 빔(20)의 각 전자 빔은, 각각 독립적으로 걸리는 쌍이 되는 2 개의 전극(24, 26)에 인가되는 전위차에 의해 편향된다. 이러한 편향에 의해 블랭킹 제어된다. 환언하면, 스위칭 전극(24)과 대향 전극(26)의 조는, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀(22)(개구부)을 통과한 멀티 빔 중의 대응 빔을 각각 개별적으로 블랭킹 편향한다.
도 5는, 실시 형태 1에 있어서의 묘화 동작의 일예를 설명하기 위한 개념도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 시료(101)의 묘화 영역(30)에는, 예를 들면, 칩(10)이 묘화된다. 칩(10)의 영역은, 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. 우선, XY 스테이지(105)를 이동시켜, 제1 번째의 스트라이프 영역(32)의 좌단, 혹은 더 좌측의 위치에 1 회의 멀티 빔(20)의 조사로 조사할 수 있는 조사 영역(34)이 위치하도록 조정하여, 묘화가 개시된다. 조사 영역(34)은, x 방향의 빔 간 피치에 x 방향의 빔 수를 곱한 x 방향의 사이즈와, y 방향의 빔 간 피치에 y 방향의 빔 수를 곱한 y 방향의 사이즈에 의해 둘러싸이는 영역으로 정의할 수 있다. 제1 번째의 스트라이프 영역(32)을 묘화할 때에는, XY 스테이지(105)를, 예를 들면 -x 방향으로 이동시킴으로써, 조사 영역(34)이 상대적으로 x 방향으로 이동하도록 묘화를 진행시켜 간다. XY 스테이지(105)는 소정의 속도로, 예를 들면 연속 이동시킨다. 제1 번째의 스트라이프 영역(32)의 묘화 종료 후, 스테이지 위치를 -y 방향으로 이동시키고, 제2 번째의 스트라이프 영역(32)의 우단, 혹은 더 우측의 위치에 조사 영역(34)이 상대적으로 y 방향으로 위치하도록 조정하고, 이번에는 XY 스테이지(105)를, 예를 들면 x 방향으로 이동시킴으로써, －x 방향을 향해 마찬가지로 묘화를 행한다. 제3 번째의 스트라이프 영역(32)에서는, x 방향을 향해 묘화하고, 제4 번째의 스트라이프 영역(32)에서는, －x 방향을 향해 묘화하듯이, 교대로 방향을 바꾸면서 묘화함으로써, 묘화 시간을 단축할 수 있다. 단, 이러한 교대로 방향을 바꾸면서 묘화하는 경우에 한정되지 않고, 각 스트라이프 영역(32)을 묘화할 때, 같은 방향을 향해 묘화를 진행시키도록 해도 상관없다. 1 회의 샷에서는, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 각 홀(22)을 통과함으로써 형성된 멀티 빔에 의해, 각 홀(22)과 동일한 수의 복수의 샷 패턴이 한 번에 형성된다.
묘화 처리는 이하와 같이 행한다. 구체적으로는, 데이터 처리부(56)가, 기억 장치(140)로부터 묘화 데이터를 읽어내고, 각 스트라이프 영역(32)이 메쉬 형상으로 가상 분할된 복수의 메쉬 영역의 메쉬 영역마다 그 내부에 배치되는 패턴의 면적 밀도를 산출한다. 메쉬 영역의 사이즈는, 예를 들면, 빔 사이즈, 혹은, 그 이하의 사이즈라면 바람직하다. 예를 들면, 10nm 정도의 사이즈로 하면 바람직하다. 데이터 처리부(56)는, 예를 들면, 스트라이프 영역마다 기억 장치(140)로부터 대응하는 묘화 데이터를 읽어내고, 묘화 데이터내에 정의된 복수의 도형 패턴을 메쉬 영역으로 할당한다. 그리고, 메쉬 영역마다 배치되는 도형 패턴의 면적 밀도를 산출하면 된다.
또한, 데이터 처리부(56)는, 소정의 사이즈의 메쉬 영역마다, 1 샷당의 전자 빔의 조사 시간(T)(샷 시간, 혹은 노광 시간이라고도 함. 이하, 동일함.)을 산출한다. 다중 묘화를 행하는 경우에는, 각 계층에 있어서의 1 샷당의 전자 빔의 조사 시간(T)을 산출하면 된다. 기준이 되는 조사 시간(T)은, 산출된 패턴의 면적 밀도에 비례하여 구하면 바람직하다. 또한, 최종적으로 산출되는 조사 시간(T)은, 도시하지 않은 근접 효과, 포깅 효과, 로딩 효과 등의 치수 변동을 일으키는 현상에 대한 치수 변동분을 조사량에 의해 보정한 보정 후의 조사량에 상당하는 시간으로 하면 바람직하다. 조사 시간(T)을 정의하는 복수의 메쉬 영역과 패턴의 면적 밀도를 정의한 복수의 메쉬 영역과는 동일 사이즈여도 되고, 상이한 사이즈로 구성되어도 상관없다. 상이한 사이즈로 구성되어 있는 경우에는, 선형 보간 등에 의해 면적 밀도를 보간한 후, 각 조사 시간(T)을 구하면 된다. 메쉬 영역마다의 조사 시간(T)은, 조사 시간 맵에 정의되고, 조사 시간 맵이 예를 들면 기억 장치(142)에 저장된다.
또한, 데이터 처리부(56)는, 대응하는 빔의 조사 시간의 데이터를 n 비트의 데이터로 변환하여, 조사 시간 배열 데이터를 작성한다. 작성된 조사 시간 배열 데이터는, 편향 제어 회로(130)로 출력한다.
편향 제어 회로(130)는, 샷마다, 각 제어 회로(41)로 조사 시간 배열 데이터를 출력한다.
그리고, 묘화 공정으로서, 묘화 제어부(58)의 제어 하에서, 묘화 기구(150)는, 각 빔의 샷마다, 해당하는 조사 시간의 묘화를 실시한다. 구체적으로는 이하와 같이 동작한다.
전자 총(201)(방출원)으로부터 소정의 가속 전압(예를 들면, 10~100keV)으로 방출된 전자 빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 거의 수직으로 성형 애퍼처 어레이 기판(203) 전체를 조명한다. 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에는, 직사각형의 복수의 홀(22)(개구부)이 형성되고, 전자 빔(200)은, 모든 복수의 홀(22)이 포함되는 영역을 조명한다. 복수의 홀(22)의 위치에 조사된 전자 빔(200)의 각 일부가, 이러한 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀(22)을 각각 통과함으로써, 예를 들면, 직사각형 형상의 복수의 전자 빔(멀티 빔)(20a~e)이 형성된다. 이러한 멀티 빔(20a~e)은, 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)의 각각 대응하는 블랭커(제1 편향기：개별 블랭킹 기구) 내를 통과한다. 이러한 블랭커는, 각각, 개별적으로 통과하는 전자 빔(20)을 편향한다(블랭킹 편향을 행함.).
성형 애퍼처 어레이 기판(203) 및 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)를 통과한 멀티 빔(20a~e)은, 전자 광학계에 의해 시료(101) 상에 조사된다. 구체적으로는 이하와 같이 동작한다. 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)를 통과한 멀티 빔(20a~e)은, 축소 렌즈(205)에 의해 축소되고, 제한 애퍼처 기판(206)에 형성된 중심의 홀을 향해 나아간다. 여기서, 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)의 블랭커에 의해 편향된 전자 빔(20a)은, 제한 애퍼처 기판(206)의 중심의 홀로부터 위치가 이탈되어, 제한 애퍼처 기판(206)에 의해 차폐된다. 한편, 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)의 블랭커에 의해 편향되지 않은 전자 빔(20b~e)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 제한 애퍼처 기판(206)의 중심의 홀을 통과한다. 이러한 개별 블랭킹 기구(47)의 ON/OFF에 의해, 블랭킹 제어가 행해지고, 빔의 ON/OFF가 제어된다. 이와 같이, 제한 애퍼처 기판(206)은, 개별 블랭킹 기구(47)에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐한다. 그리고, 빔 ON이 되고 나서 빔 OFF가 될 때까지 형성된, 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 빔에 의해, 1 회분의 샷의 빔이 형성된다. 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 멀티 빔(20)은, 대물 렌즈(207)에 의해 초점이 맞춰져, 원하는 축소율의 패턴상이 되고, 편향기(208)에 의해, 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 각 빔(멀티 빔(20) 전체)이 동일한 방향으로 한꺼번에 편향되어, 각 빔의 시료(101) 상의 각각의 조사 위치에 조사된다. 또한, 예를 들면 XY 스테이지(105)가 연속 이동하고 있을 때, 빔의 조사 위치가 XY 스테이지(105)의 이동에 추종하도록 편향기(208)에 의해 제어된다. XY 스테이지(105)의 위치는, 스테이지 위치 검출기(139)로부터 레이저를 XY 스테이지(105) 상의 미러(210)를 향해 조사하고, 그 반사광을 이용하여 측정된다. 한번에 조사되는 멀티 빔(20)은, 이상적으로는 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀(22)의 배열 피치에 상술한 원하는 축소율을 곱한 피치로 배열되게 된다. 묘화 장치(100)는, 조사 영역(34)을 x 방향으로 상대적으로 이동시키면서, 멀티 빔으로 상술한 메쉬 영역(화소)을 순서대로 묘화해 간다. 원하는 패턴을 묘화할 때, 패턴에 따라 필요한 빔이 블랭킹 제어에 의해 빔 ON으로 제어된다.
여기서, 멀티 빔(20)을 이용하여 고정밀도로 패턴을 묘화하기 위해서는, 멀티 빔(20)을 구성하는 각 빔의 조사 위치를 개별적으로 파악할 필요가 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 다른 빔을 배제하면서 1 개씩 위치를 검출하는 것은 용이하지 않다. 예를 들면, 멀티 빔(20) 전체에서 투과 마크 상을 주사시키는 경우, 종래에, 가능한 한 두꺼운 중금속에 1 개만 미소 홀을 뚫은 투과 마크를 이용하는 것이 검토되고 있었다. 두꺼운 중금속을 이용함으로써 검사 대상 빔 이외의 빔의 투과를 차단할 수 있고, 검사 대상 빔과 다른 빔과의 사이에서 콘트라스트를 얻을 수 있기 때문이었다. 그러나, 두꺼운 중금속에서는 구조 상, 열이 도망치기 쉽다. 그 때문에, 멀티 빔의 조사에 의해 생긴 열이 방열되어 버리고, 미소 홀이 컨테미네이션의 부착에 의해 단기간에 막혀버린다. 따라서, 실시 형태 1에서는, 미소 홀이 컨테미네이션의 부착에 의해 막히는 것을 회피하는 투과 마크형의 개별 빔 검출기(106)를 제공한다.
도 6은, 실시 형태 1에 있어서의 투과 마크형의 개별 빔 검출기의 구성 단면도이다. 도 6에서, 실시 형태 1에 있어서의 투과 마크형의 개별 빔 검출기(106)는, 마크 기판(12)(박막), 지지대(14), 센서(18), 및 하우징(19)를 가지고 있다.
마크 기판(12)(박막)에는, 중앙에 미소 홀(11)(통과 홀)이 1 개 형성된다. 그리고, 마크 기판(12)은, 멀티 빔이 투과 가능한 막 두께의 박막으로 형성된다. 구체적으로는, 마크 기판(12)은, 중금속재를 이용하여, 예를 들면, 300~1000nm의 막 두께(D1)의 박막 평판에 형성된다. 보다 바람직하게는, 500nm±50nm 정도로 형성되면 된다. 예를 들면, 가속 전압이 50keV로 방출된 전자 빔은, 이러한 막 두께(D1)에서는 모두 흡수되지 않고, 투과되어 버린다. 마크 기판(12)을 박막 구조로 함으로써, 마크 기판(12)이 가열된 경우에, 가열된 위치로부터 주위로의 열 전달을 하기 어렵게 하여, 방열을 저감할 수 있다. 재료가 되는 중금속재로서, 예를 들면, 백금(Pt), 금(Au), 혹은 텅스텐(W) 등이 바람직하다. 막 두께를 얇게 하는 경우에도, 중금속을 이용함으로써, 멀티 빔(20)이 조사된 경우에 전자의 투과량을 저감할 수 있다. 미소 홀(11)(통과 홀)은, 전자 빔에 의해 구성되는 멀티 빔(20)의 빔 지름보다 크고, 빔 간 피치보다 작은 직경 사이즈(φ1)로 형성된다. 멀티 빔(20)의 빔 간 피치가, 예를 들면 150~200nm 정도인 경우, 직경(φ1)이, 예를 들면, 80~120nm 정도의 홀이 되도록 형성된다. 도 6의 예에서는, 예를 들면, 직경 100nm의 원으로 형성된다. 미소 홀(11)의 직경을 멀티 빔(20)의 빔 지름보다 크고, 빔 간 피치보다 작게 함으로써, 멀티 빔(20)을 주사한 경우에도 동시에 복수의 빔이 미소 홀(11)을 통과하지 않도록 할 수 있다. 그리고, 마크 기판(12)은 지지대(14)에 지지된다.
지지대(14)는, 마크 기판(12)(박막)에 있어서의 미소 홀(11)을 포함하는 영역 하에 개구부(13)가 형성된다. 도 6의 예에서는, 중앙에 개구부(13)가 형성된다. 개구부(13)의 직경 사이즈(φ2)(폭 사이즈)는, 마크 기판(12)에 멀티 빔(20)이 조사되는 경우에 마크 기판(12)에 있어서의 미소 홀(11)의 주연의 온도가 주연에 부착되는 불순물(오염)의 증발 온도보다 높은 온도가 되는 사이즈로 형성된다. 오염의 증발 온도로서, 예를 들면, 100℃ 이상의 온도를 이용하면 바람직하다. 지지대(14)의 재료로서, 예를 들면, 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 탄탈(Ta), 혹은 실리콘(Si) 등을 이용하면 바람직하다. 지지대(14)의 두께(D3)는, 조사되는 멀티 빔(20)을 구성하는 전자 빔을 투과시키지 않고 차폐할 수 있는 두께로 형성된다. 예를 들면, 15μm 이상으로 설정되면 바람직하다. 예를 들면, 1mm의 두께로 설정된다. 이러한 두께가 있으면, 예를 들면, 50keV로 가속된 전자 빔을 차폐할 수 있다.
도 7(a)와 도 7(b)는, 실시 형태 1과 비교예와의 사이에서의 전열의 모습을 설명하기 위한 도면이다. 도 7(a)에서는, 비교예로서, 1 개의 중금속재를 사용한 기판(402)의 이면으로부터 막 두께 도중까지 개구부(403)를 형성하고, 개구부(403)의 중앙에 빔 간 피치보다 작은 지름 사이즈의 통과 홀(404)을 1 개 설치한다고 한 일체 구조의 투과 마크(400)의 일예를 나타낸다. 개구부(403)의 형성에 의해 얇아진 기판(402)의 두께(D1＇)는, 전자 빔이 투과할 수 없는 두께로 설정된다. 이러한 투과 마크(400) 상을 멀티 빔(200)으로 주사하는 경우, 통과 홀(404)과 조사 위치가 겹치는 1 개의 빔(301)만은 기판(402)을 통과할 수 있으나, 그 밖의 빔은 기판(402)을 투과하지 못하고 차폐된다. 그리고, 통과 홀(404)의 주변에는, 다른 빔이 조사되므로 기판(402)이 가열되게 된다. 그러나, 전자 빔이 투과할 수 없는 두께(D1＇)의 기판(402)에서는, 수평 방향으로 열이 도망쳐 버린다. 그 때문에, 기판(402)의 온도는, 오염을 제거하는 온도까지는 오르지 않는다. 그 결과, 미소 홀이 되는 통과 홀(404)에 오염(406)이 부착되어, 통과 홀(404)을 막아 버린다. 이에 대해, 실시 형태 1에서는, 1 개의 중금속재의 이면으로부터 도중까지 개구부를 형성하고, 개구부 중앙에 통과 홀을 설치한다고 한 일체 구조로 하지 않고, 도 7(b)에 도시한 바와 같이, 일부러 박막의 마크 기판(12)과 지지대(14)를 별도의 부품으로 나누어 제조하고 있다. 그리고, 마크 기판(12)의 이면 및 지지대(14)의 상면(표면)은, 완전한 평탄면(경면 마무리)에는 일부러 하지 않는다. 그 때문에, 마크 기판(12)의 이면 및/혹은 지지대(14)의 상면에는, 예를 들면 완만한 요철이 존재하게 된다. 따라서, 지지대(14)의 상면에서 마크 기판(12)의 이면을 지지하는 경우, 이러한 요철에 의해, 마크 기판(12)과 지지대(14)를, 면 접촉이 아니라, 실질적으로 점 접촉으로 할 수 있다. 그 때문에, 마크 기판(12)과 지지대(14)의 사이에 간극(16)을 형성할 수 있다. 이러한 간극(16)이 단열층을 형성한다. 이에 의해, 마크 기판(12)에 조사된 멀티 빔(20)에 의해 가열된 열을 지지대(14)측으로 전달하기 어렵게 할 수 있다. 그러나, 이것만으로는, 미소 홀(11)의 주변 온도를, 오염을 제거하는 온도로 유지하는 것은 어렵다. 따라서, 실시 형태 1에서는, 미소 홀(11)을 포함하는 영역 하의 개구부(13)의 직경 사이즈(φ2)를 조정한다. 직경 사이즈(φ2)를 크게 하면, 미소 홀(11) 부근의 열이 지지대(14)로 전열하기 어려워져, 온도의 저하를 억제할 수 있다. 반대로, 직경 사이즈(φ2)를 작게 하면, 미소 홀(11) 부근의 열이 지지대(14)측으로의 전열에 의해 저하되어 버린다.
실시 형태 1에서는, 우선, 마크 기판(12)에 멀티 빔(20)을 조사한 경우에, 미소 홀(11)의 주연의 온도가 주연에 부착되는 불순물(오염)의 증발 온도보다 높은 온도가 되는 개구부(13)의 직경 사이즈(φ2)를 실험에 의해 탐색한다. 그 결과, 예를 들면, 1pA~2pA의 빔이 3000 개 정도 조사되는 직경 사이즈(φ2)가 바람직하였다. 이에, 실시 형태 1에서는, 미소 홀(11)(통과 홀)의 주연의 온도가 주연에 부착되는 불순물의 증발 온도(예를 들면 100℃)보다 높은 온도가 되는 직경 사이즈(φ2)(폭 사이즈)의 하한치 이상이며 하한치로부터 소정의 마진 내의 폭 사이즈로 개구부(13)를 형성한다. 이러한 소정의 마진으로서, 예를 들면, 직경 사이즈(φ2)(폭 사이즈)의 하한치의 30% 이하로 설정되면 바람직하다. 더 바람직하게는, 하한치의 25% 이하로 설정되면 된다. 실시 형태 1에서는, 개구부(13)의 직경 사이즈(φ2)가 8~10μm로 설정되면 바람직하다.
또한, 지지대(14)의 이면측의 개구부(13)의 주연을 전자가 투과하지 않는 정도의 두께(D3)까지 파는 개구부(17)를 더 설치함으로써, 개구부(13)의 주연 부근에서 마크 기판(12)으로부터 지지대(14)측으로 전열된 열을 수평 방향으로 전열하기 어렵게 할 수 있다. 그 결과, 개구부(13) 상의 마크 기판(12)의 미소 홀(11) 부근의 영역(62)의 온도의 저하를 더 억제할 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 1에서, 미소 홀(11)의 주연의 온도는, 마크 기판(12)(박막)을 지지하는 지지대(14)에 형성되는 마크 기판(12)을 지지하지 않는 개구부(13)의 직경 사이즈(φ2)(폭 사이즈)에 의해 제어된다. 미소 홀(11) 주연이 불순물(오염)의 증발 온도보다 높은 온도를 유지할 수 있도록 지지대(14)의 개구부(13)의 직경 사이즈(φ2)(폭 사이즈)가 정해진 때에, 이어서, 미소 홀(11)을 통과하는 1 개의 빔을 검출하는 센서(18)의 높이 위치를 설정한다.
도 8은, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출기 내에서의 측정 대상 빔과 박막 투과 빔의 모습의 일예를 나타내는 도면이다. 도 8에서, 마크 기판(12) 표면에는 멀티 빔(20)이 조사된다. 멀티 빔(20) 중 개구부(13) 상의 영역(62)에 조사된 빔 군에 대해서는, 대상 빔(300)이 미소 홀(11)을 통과하여 진행된다. 또한, 나머지의 빔 군(310)이 마크 기판(12) 중을 투과하여 마크 기판(12) 이면측으로부터 산란한다. 한편, 멀티 빔(20) 중 개구부(13) 상의 영역(62) 이외의 마크 기판(12)의 영역(60)에 조사된 빔 군에 대해서는, 지지대(14)에 의해 차폐된다. 센서(18)의 수광면에 도달하는 마크 기판(12) 중을 투과한 투과 빔 군(310)의 수가 너무 많으면, 대상 빔(300)이 주위와의 사이에서 콘트라스트를 얻지 못하고 대상 빔(300)을 검출하는 것이 곤란해진다. 따라서, 실시 형태 1에서는, 마크 기판(12) 표면을 멀티 빔(20)으로 주사하는 경우에, 마크 기판(12)의 미소 홀(11)을 통과한 1 개의 검출 대상 빔이, 지지대(14)에 의해 차폐되지 않고, 개구부(13)를 통과하는 마크 기판(12)을 투과한 투과 빔 군(310)으로부터 식별 가능한 콘트라스트를 가지는 검출값이 얻어지는 마크 기판(12)으로부터의 거리(L1)에 센서(18)를 배치한다.
도 9a와 도 9b는, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출기의 검출 회로를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 여기서 「식별 가능한 콘트라스트」의 「식별 가능한」이란, 단순히 백그라운드와 시그널의 차이가 아니라, 예를 들면, 도 9a에 도시한 검출 회로에 있어서, 검출되는 시그널이 센서(18)의 출력 레인지 및 앰프의 입력 레인지에 들어가도록, 오프셋이 다이나믹 레인지 내로 들어가고, 한편, 분해능 이상의 시그널이 얻어지는 것을 의미한다.
마크 기판(12)과 센서(18)와의 사이의 거리가 멀면, 투과 빔 군(310)의 산란에 의해, 그 만큼, 센서(18)가 수광하는 투과 빔 군(310)의 수를 적게 할 수 있다. 그러나, 거리가 멀어지면, 그 만큼, 개별 빔 검출기(106) 자체의 높이 방향(z 방향) 사이즈가 커져 버린다. XY 스테이지(105) 상의 시료(101)면과 동등한 높이 위치에서 멀티 빔(20)을 구성하는 개별 빔을 검출하기 위해서는, 개별 빔 검출기(106) 자체의 높이 방향(z 방향) 사이즈가 너무 커져 버리면, 마크 기판(12)을 XY 스테이지(105) 상에 배치하고, 센서(18)를 XY 스테이지(105) 내에 설치된 요부 내, 또는 XY 스테이지(105)에 관통 홀을 설치하고 XY 스테이지(105)의 하면에 장착하여 배치할 수 없게 된다. 혹은, 센서(18)를, XY 스테이지(105)에 설치되는 관통 홀을 통하여 검출할 수 있도록, 묘화실(103)의 저면 상에 독립적으로 설치할 필요가 있다. 그 경우, 마크 기판(12)에 센서(18)를 추종시키는 구동계도 별도로 설치할 필요가 생긴다.
이에, 실시 형태 1에서는, 검출 대상 빔(300)이 투과 빔 군(310)으로부터 식별 가능한 콘트라스트를 가지는 검출값이 얻어지는 마크 기판(12)으로부터의 거리의 하한치 이상이며, 센서(18)가 XY 스테이지(105)에 장착 가능하도록 할 수 있는 상한치 이하(XY 스테이지(105)의 상면과 하면과의 거리 이하)가 되도록, 마크 기판(12)으로부터 센서(18)의 수광면까지의 거리(L1)가 설정된다. 예를 들면, 마크 기판(12)으로부터 센서(18)의 수광면까지의 거리(L1)가 8~24mm로 설정되면 바람직하다. 보다 바람직하게는, 마크 기판(12)으로부터 센서(18)의 수광면까지의 거리(L1)가 10~15mm로 설정되면 바람직하다. 또한, 센서(18)로서, SSD(solid　state　drive) 검출기를 이용하면 바람직하지만, 반드시 SSD로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 센서(18)로서, 광전자 증배관 또는 패러데이 컵도 적용 가능하다.
또한, 도 9a에 도시한 바와 같이, 검출 회로를, 센서(18)가 앰프에 접속되고, 센서(18)와 앰프를 그라운드로 접속하는 그라운드 모드로서 구성하고, 오프셋을 걺으로써, 식별 가능한 콘트라스트를 얻을 수 있다. 혹은, 도 9b에 도시한 바와 같이, 검출 회로를, 센서(18)가 앰프에 접속되고, 센서(18) 및 앰프가, 바이어스 회로에 접속되는 바이어스 모드로서 구성하고, 바이어스 회로에 의한 바이어스 버퍼가 설치됨으로써, 노이즈를 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 지지대(14)의 외주 사이즈는, 예를 들면, 마크 기판(12)의 외주와 동일한 사이즈 혹은 마크 기판(12)의 외주보다 크게 형성된다. 지지대(14) 저면은, 하우징(19)에 의해 지지된다. 또한, 마크 기판(12) 이면측과 센서(18)의 수광면과의 사이의 공간은, 하우징(19)에 의해 실질적으로 둘러싸여 있으면 바람직하다. 이에 의해, 콘트라스트를 높이기 위한 장해가 될 수 있는 외부로부터의 산란 전자의 침입을 막을 수 있다. 또한, 실시 형태 1에 있어서, 센서(18)는, 개구부(13)에 의해 노출되는 마크 기판(12) 이면의 영역과 센서(18)와의 사이의 공간에 차폐물을 사이에 두지 않고 배치된다. 센서(18) 상방에 제한 애퍼처를 배치함으로써, 센서(18)에 도달하는 투과 빔 군(310)의 수를 제한하는 것도 가능하지만, 제한 애퍼처를 배치하면 제한 애퍼처의 위치 조정이 필요하게 되어 버린다. 실시 형태 1에서는, 제한 애퍼처를 배치하지 않아도, 충분히 마크 기판(12)으로부터 센서(18)의 수광면까지의 거리(L1)를 작게 할 수 있다. 따라서, 제한 애퍼처를 배치하는 경우에 생기는 위치 조정의 수고로움도 불필요하게 할 수 있다.
도 10은, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출기의 적용 범위를 설명하기 위한 도면이다. 도 10의 왼쪽 종축은 콘트라스트를 나타내고, 오른쪽 종축은 온도를 나타낸다. 횡축은 마크 기판(12)의 막 두께(D1)를 나타낸다. 마크 기판(12)의 막 두께(D1)가 작아지면, 그 만큼, 투과 빔(310) 수가 증가하므로 검출 대상 빔(300)의 콘트라스트는 저하된다. 한편, 마크 기판(12)의 막 두께(D1)가 커지면, 그 만큼, 멀티 빔(20)의 조사에 의해 가열된 열이 수평 방향으로 방열되어, 미소 홀(11) 주연의 온도가 저하되어 버린다. 따라서, 마크 기판(12)의 막 두께(D1)는, 필요한 콘트라스트가 얻어지는 하한치 이상이 되는 범위로 설정할 필요가 있다. 동시에, 마크 기판(12)의 막 두께(D1)는, 필요한 온도의 하한치 이상이 되는 범위로 설정할 필요가 있다. 게다가, 필요한 사이즈의 미소 홀(11)의 사이즈에 대해 마크 기판(12)의 막 두께(D1)가 커지면 가공 정밀도를 유지하는 것이 곤란해진다. 따라서, 애스팩트비가 너무 커지지 않을 필요가 있다. 따라서, 마크 기판(12)의 막 두께(D1)는, 필요한 사이즈의 미소 홀(11)을 가공할 수 있는 가공 한계 이하로 할 필요가 있다. 따라서, 이들 조건으로 둘러싸인 범위가 마크 기판(12)의 막 두께(D1)의 적용 범위가 된다. 또한, 마크 기판(12)으로부터 센서(18)의 수광면까지의 거리(L1)가 변화하면, 콘트라스트를 나타내는 그래프의 값이 변화됨은 말할 필요도 없다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출기(106)는, 미소 홀(11) 주연에서 불순물(오염)의 증발 온도보다 높은 온도를 유지함과 동시에, 검출 대상 빔(300)이 투과 빔 군(310)으로부터 식별 가능한 콘트라스트를 가지는 검출값이 얻어지는 높이 사이즈이며, XY 스테이지(105) 상에 배치 가능한 높이 사이즈로 할 수 있도록 형성된다. 이러한 개별 빔 검출기(106)를 사용하여, 멀티 빔(20)의 개별 빔을 검출한다.
도 11a와 도 11b는, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 11a에서는, 멀티 빔(20)의 주사 방향으로 배열되는 2 개에 빔(300, 302)을 나타내고 있다. 도 11a에서, 인접하는 2 개에 빔(300, 302) 간의 거리를 멀티 빔(20)의 빔 간 피치(P)로서 나타내고 있다.
스캔 공정으로서, 마크 기판(12)에 있어서의 미소 홀(11) 주연의 온도를 주연에 부착되는 불순물의 증발 온도보다 높은 온도로 유지한 상태에서, 멀티 빔(20)으로 마크 기판(12) 상을 주사(스캔)한다. 환언하면, 멀티 빔(20)의 빔 간 피치보다 작고, 빔 지름보다 큰 사이즈의 통과 홀이 형성된 박막 상에, 멀티 빔(20)을 조사한다. 이러한 동작에 의해, 도 11a에 도시한 검출 대상의 빔(300)이 마크 기판(12) 상의 미소 홀(11)로 서서히 근접하여, 미소 홀(11)에 도달한다(빔(300a)의 상태). 그리고, 주사 방향을 따라, 빔(300)이 미소 홀(11) 상을 통과한다. 더 주사가 진행되면 빔(300)이 미소 홀(11) 주연의 최종 위치에 도달한다(빔(300b)의 상태). 그리고, 빔(300)이 미소 홀(11) 상을 넘게 된다. 미소 홀(11) 상을 통과 중인 빔(300)은, 미소 홀(11)을 통과하여, 센서(18)로 진행하게 된다. 이러한 경우에, 미소 홀(11)은, 전자 빔에 의해 구성되는 멀티 빔의 빔 간 피치(P)보다 작은 사이즈로 마크 기판(12)(박막)에 형성되어 있으므로, 인접하는 빔(302)이 빔(300)과 함께 미소 홀(11)을 통과하는 경우는 없다. 이와 같이, 미소 홀(11)에 멀티 빔(20) 중의 1 개의 빔(300)을 통과시킨다. 또한, 이러한 경우에, 동시에, 통과시킨 1 개의 빔(300)의 주변의 빔 군을 투과시키게 된다.
검출 공정으로서, 센서(18)는, 미소 홀(11)을 통과한 1 개의 빔(300)을 검출한다. 환언하면, 미소 홀(11)(통과 홀)을 통과한 1 개의 빔(300)을, 투과한 빔 군으로부터 식별 가능한 콘트라스트가 얻어지는 박막으로부터의 거리에 배치된 센서로 검출한다. 미소 홀(11) 주변의 지지대(14)의 개구부(13) 상의 영역에서는 빔(300)의 주변의 빔 군이 마크 기판(12)을 투과해 버리지만, 실시 형태 1의 개별 빔 검출기(106)에서는, 도 11b에 도시한 바와 같이, 이러한 투과 빔 군이 존재해도 충분히 검출 대상의 빔(300)을 검출할 수 있는 콘트라스트의 신호 강도를 얻을 수 있다. 도 11b의 예에서는, 멀티 빔(20)을 형성하는 성형 애퍼처 어레이 기판(203)을 3 개(SAA1~3) 설치하여 측정한 각각의 결과를 나타내고 있다.
그리고, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출기(106)는, 불순물(오염)의 증발 온도보다 높은 온도를 유지하고 있으므로, 미소 홀(11)이 오염에 의해 막혀버리는 일 없이, 멀티 빔(20)의 각 빔의 위치의 검출을 종료할 수 있다.
도 12는, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔을 검출한 화상의 일예를 나타내는 도면이다. 도 12에서는, 멀티 빔(20)의 일부(9×9의 빔 군)의 검출 화상을 나타내고 있다. 각 빔은, 미소 홀(11)의 사이즈(φ1)로 검출된다. 그러나, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출기(106)에서는, 미소 홀(11)이 전자 빔에 의해 구성되는 멀티 빔의 빔 지름보다 크고, 빔 간 피치(P)보다 작은 사이즈로 마크 기판(12)(박막)에 형성되어 있으므로, 도 12에 도시한 바와 같이, 각 빔을 식별할 수 있다.
도 13a와 도 13b는, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔의 위치를 측정하는 수법을 설명하기 위한 도면이다. 도 13a에서는, 도 12와 마찬가지로, 멀티 빔(20)의 일부(9×9의 빔 군)의 검출 화상을 나타내고 있다. 도 13a에 도시한 검출 화상의 각 빔의 중심 위치를 측정(연산)하고, 인접하는 측정 위치를 서로 직선으로 묶음으로써, 도 13b에 도시한 바와 같이, 격자 형상의 각 빔의 위치 맵(위치 이탈 맵)을 작성할 수 있다.
또한, 실시 형태 1에 있어서의 개별 빔 검출기(106)에서는, 개별적으로 빔 강도를 측정할 수 있으므로, 각 빔의 초점 위치의 측정, 및 비점 수차의 측정 등에 이용할 수도 있다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 불순물에 의해 단기간에 막혀버리는 것을 방지할 수 있는 멀티 빔의 개별 빔 검출기를 제공할 수 있다.
이상, 구체적인 예를 참조하면서, 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은, 이들 구체적인 예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 박막에 설치되는 통과 홀은 1 개가 아닌 복수여도 된다.
또한, 장치 구성 또는 제어 수법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요하다고 여겨지는 장치 구성 또는 제어 수법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요하다고 여겨지는 제어부 구성을 적절히 선택하여 이용하는 것은 말할 필요도 없다.
그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하여, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 멀티 하전 입자 빔의 블랭킹 장치, 멀티 하전 입자 빔의 블랭킹 방법, 및 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치는, 본 발명의 범위에 포함된다.
추가적인 이점 및 수정이 통상의 기술자에게 쉽게 나타날 것이다. 따라서, 폭넓은 양상에서의 본 발명은 여기에서 도시되고 설명된 특정 세부사항과 대표적인 실시예에 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구범위와 그 균등물에 의해 정의되는 일반적인 발명 개념의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (12)

  1. 전자 빔에 의해 구성되는 멀티 빔의 빔 간 피치보다 작고, 상기 빔 지름보다 큰 사이즈의 통과 홀이 1 개 형성된, 상기 멀티 빔이 투과 가능한 막 두께의 박막과,
    상기 박막을 지지함과 동시에, 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀을 포함하는 영역 하에 개구부가 형성되고, 상기 개구부의 폭 사이즈가 상기 박막에 상기 멀티 빔이 조사되는 경우에 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀의 주연의 온도가 상기 주연에 부착되는 불순물의 증발 온도보다 높은 온도가 되는 사이즈로 형성된 지지대와,
    상기 박막 표면을 상기 멀티 빔으로 주사하는 경우에, 상기 박막의 상기 통과 홀을 통과한 1 개의 검출 대상 빔이, 상기 지지대에 의해 차폐되지 않고 상기 개구부를 통과하는 상기 박막을 투과한 투과 빔 군으로부터 식별 가능한 콘트라스트를 가지는 검출값이 얻어지는 상기 박막으로부터의 거리에 배치된 센서
    를 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 빔의 개별 빔 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막과 상기 지지대와의 사이에 단열층이 형성되는 것을 특징으로 하는 개별 빔 검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서는, 상기 개구부에 의해 노출되는 상기 박막 이면의 영역과 상기 센서와의 사이의 공간에 차폐물을 사이에 두지 않고 배치되는 것을 특징으로 하는 개별 빔 검출기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개구부는, 상기 통과 홀의 주연의 온도가 상기 주연에 부착되는 불순물의 증발 온도보다 높은 온도가 되는 폭 사이즈의 하한치 이상이며, 상기 하한치로부터 소정의 마진 내의 폭 사이즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 개별 빔 검출기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소정의 마진은, 상기 폭 사이즈의 하한치의 30% 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 개별 빔 검출기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 멀티 빔은, 스테이지 상에 재치된 시료에 조사되고,
    　상기 센서는, 상기 박막과의 거리가, 검출 대상 빔이 상기 투과 빔 군으로부터 식별 가능한 콘트라스트를 가지는 검출값이 얻어지는 거리의 하한치 이상이며, 상기 스테이지에 장착 가능한 거리의 상한치 이하가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 개별 빔 검출기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서는, 앰프에 접속되고, 상기 앰프와 함께 접지되는 개별 빔 검출기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서는, 앰프에 접속되고, 상기 앰프와 함께 바이어스 회로에 접속되는 개별 빔 검출기.
  9. 시료를 재치하는 스테이지와,
    전자 빔을 방출하는 방출원과,
    상기 전자 빔의 조사를 받아, 각각 상기 전자 빔의 일부를 통과시킴으로써 멀티 빔을 형성하는 성형 애퍼처 어레이 기판과,
    상기 멀티 빔을 상기 시료 상에 조사하는 전자 광학계와,
    전자 빔에 의해 구성되는 멀티 빔의 빔 간 피치보다 작고, 상기 빔 지름보다 큰 사이즈의 통과 홀이 1 개 형성된, 상기 멀티 빔이 투과 가능한 막 두께의 박막과,
    상기 박막을 지지함과 동시에, 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀을 포함하는 영역 하에 개구부가 형성되고, 상기 개구부의 폭 사이즈가 상기 박막에 상기 멀티 빔이 조사되는 경우에 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀의 주연의 온도가 상기 주연에 부착되는 불순물의 증발 온도보다 높은 온도가 되는 사이즈로 형성된 지지대와,
    상기 박막 상을 상기 멀티 빔으로 주사 하는 경우에, 상기 박막의 상기 통과 홀을 통과한 1 개의 검출 대상 빔이, 상기 지지대에 의해 차폐되지 않고 상기 개구부를 통과하는 상기 박막을 투과한 투과 빔 군으로부터 식별 가능한 콘트라스트를 가지는 검출값이 얻어지는 상기 박막으로부터의 거리에 배치된 센서
    를 가지고, 상기 스테이지 상에 배치되어, 상기 멀티 빔의 각 빔을 개별적으로 검출하는 개별 빔 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 빔 조사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센서는, 상기 박막과의 거리가, 검출 대상 빔이 상기 투과 빔 군으로부터 식별 가능한 콘트라스트를 가지는 검출값이 얻어지는 거리의 하한치 이상이며, 상기 스테이지에 장착 가능한 거리의 상한치 이하가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 빔 조사 장치.
  11. 전자 빔에 의해 구성되는 멀티 빔의 빔 간 피치보다 작고, 상기 빔 지름보다 큰 사이즈의 통과 홀이 형성된 박막 상에, 상기 멀티 빔을 조사하고,　
    상기 통과 홀에, 상기 박막에 있어서의 상기 통과 홀의 주연의 온도를 상기 주연에 부착되는 불순물의 증발 온도보다 높은 온도로 유지한 상태에서, 상기 멀티 빔 중 1 개의 빔을 통과시킴과 동시에, 상기 박막에, 상기 1 개의 빔의 주변의 빔 군을 투과시키고,
    상기 통과 홀을 통과한 상기 1 개의 빔을, 투과한 상기 빔 군으로부터 식별 가능한 콘트라스트가 얻어지는 상기 박막으로부터의 거리에 배치된 센서로 검출하는 것을 특징으로 하는 멀티 빔의 개별 빔 검출 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 통과 홀의 주연의 상기 온도는, 상기 박막을 지지하는 지지대에 형성되는 상기 박막을 지지하지 않은 개구부의 폭 사이즈에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 멀티 빔의 개별 빔 검출 방법.
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