[논문]다중빔 리소그래피를 위한 초소형 컬럼의 전자빔 광학 해석에 관한 연구

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[국내논문] 다중빔 리소그래피를 위한 초소형 컬럼의 전자빔 광학 해석에 관한 연구
Study on The Electron-Beam Optics in The Micro-Column for The Multi-Beam Lithography 원문보기

반도체및디스플레이장비학회지 = Journal of the semiconductor & display equipment technology, v.8 no.4, 2009년, pp.43 - 48

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this paper is to describe the development of the electron-beam optic analysis algorithm for simulating the e-beam behavior concerned with electrostatic lenses and their focal properties in the micro-column of the multi-beam lithography system. The electrostatic lens consists of an array of electrodes held at different potentials. The electrostatic lens, the so-called einzel lens, which is composed of three electrodes, is used to focus the electron beam by adjusting the voltages of the electrodes. The optics of an electron beam penetrating a region of an electric field is similar to the situation in light optics. The electron is accelerated or decelerated, and the trajectory depends on the angle of incidence with respect to the equi-potential surfaces of the field. The performance parameters, such as the working distances and the beam diameters are obtained by the computational simulations as a function of the focusing voltages of the einzel lens electrodes. Based on the developed simulation algorithm, the high performance of the micro-column can be achieved through optimized control of the einzel lens.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

다중빔 리소그래피는 대상물(substrate)을 빠르게 노광(exposure)하기 위하여 다수의 초소형 칼럼을 피삭재의 범위 내에서 병렬로 배열하여 배열한 칼럼의 숫자만큼 생산성을 향상시키는 방안이다. 마스크 없이(maskless) 직접 노광(direct writing)하여 패턴을 가공하는 단순한 생산 공정으로 초미세 부품의 생산 원가를 절감할 수 있으며, 동시에 다수의 가공을 진행함으로써 고생산성의 다중 전자빔 장비를 실현할 수 있다.
본 연구는 다중 전자빔 리소그래피용 마이크로 칼럼의 설계를 위하여 전자빔의 광학적 특성을 해석하고, 마이크로 칼럼의 렌즈 설계 및 전자빔 거동의 예측을 위한 빔 광학 전산모사(simulation) 기술을 개발한다. 개발된 전산 모사프로그램을 활용함으로써 전자빔 리소그래피 공정의 성능을 예측하고, 마이크로 컬럼의 설계 및 성능 최적화에 기여하고자 한다.
빔 사이즈 수십 nm 급에 적용될 수 있는 전자계 렌즈, 전자빔의 궤적 등 제어계 모형을 구축하고, 각 부품이 이루는 기하학적 구조 등의 설계 기술을 개발한다. 본 연구의 궁극적인 목표는 미세 전자빔 거동 해석 기술을 개발하여 초미세 가공용 멀티 전자빔 리소그래피 장치를 개발하는데에 있다.

가설 설정

1. Concept of the multi-column e-beam lithography system.

제안 방법

마이크로 전자 칼럼의 설계 및 성능의 최적화를 위하여 전자빔의 광학 거동 해석용 전산 모사(simulation) 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 활용하여 전자빔 거동에 대한 광학적 해석 및 전산 모사를 수행하였다. 아인젤 렌즈의 포커싱 전압이 높아질 수록 스폿 크기와 촛점 거리가 작아지는 경향을 확인하였으며 마이크로 빔라인을 설계하기 위한 기반 기술을 확보하였다.
렌즈 전극에 의하여 단위 전하에 미치는 힘을 계산 함으로써 마이크로 컬럼 내의 전위 분포를 구할 수 있는데, 본 연구에서는 전극을 미소면적으로 나누어 각 미소면적이 공간 전하에 미치는 영향으로부터 전위 분포를 계산하였다.
마이크로 전자 칼럼의 설계 및 성능의 최적화를 위하여 전자빔의 광학 거동 해석용 전산 모사(simulation) 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 활용하여 전자빔 거동에 대한 광학적 해석 및 전산 모사를 수행하였다.
개발된 전산 모사프로그램을 활용함으로써 전자빔 리소그래피 공정의 성능을 예측하고, 마이크로 컬럼의 설계 및 성능 최적화에 기여하고자 한다. 빔 사이즈 수십 nm 급에 적용될 수 있는 전자계 렌즈, 전자빔의 궤적 등 제어계 모형을 구축하고, 각 부품이 이루는 기하학적 구조 등의 설계 기술을 개발한다. 본 연구의 궁극적인 목표는 미세 전자빔 거동 해석 기술을 개발하여 초미세 가공용 멀티 전자빔 리소그래피 장치를 개발하는데에 있다.
아인젤 렌즈의 포커싱 전압의 변화에 따른 촛점거리(working distance)와 스폿 크기(spot size)의 변화 경향을 살펴 Table 3와 같은 조건에 대한 시뮬레이션을 수행하였다.
개발된 프로그램을 활용하여 전자빔 거동에 대한 광학적 해석 및 전산 모사를 수행하였다. 아인젤 렌즈의 포커싱 전압이 높아질 수록 스폿 크기와 촛점 거리가 작아지는 경향을 확인하였으며 마이크로 빔라인을 설계하기 위한 기반 기술을 확보하였다.
전계 속을 이동하는 전자의 거동에 대하여 개발된 전산 모사(simulation) 코드의 정밀도 검증을 위하여, 전자의 거동에 대한 해석적인 해(analytic solution)가 알려진 운동에 대한 전자 거동 시뮬레이션을 수행하였다.
전자 렌즈의 전극을 인가하여 렌즈 내의 공간에 형성된 전위 분포를 계산하였다. 전위의 등전위선(equipotential line)이 Fig.

대상 데이터

본 연구에서 대상으로 하고 있는 마이크로 컬럼의 기본적인 구조는 전자방출원(e-beam gun, tip)과 전자 렌즈들로 구성되어 있다(Fig. 2).

성능/효과

개발된 전자빔 거동 전산모사 프로그램은 전용 프로그램으로서 렌즈의 형상, 위치 등 기하학적인 설계 변수 외에 전압, 조립 오차 등의 다양한 변수들의 영향을 전자빔 거동 해석에 반영할 수 있으며, 시제품 제작 및 가공 실험에 소요되는 비용, 인력 및 시간의 단축을 기대할 수 있다. 개발된 프로그램과 설계를 위한 기반 기술을 활용함으로써 보다 높은 효율과 고분해능을 갖는 마이크로 전자빔 칼럼 개발이 가능하다.
시뮬레이션으로부터 전자의 최고속도는 소스 렌즈 내에서 -2.2833 × 107m/s 에 달하고, 팁에서 공작물에 이르는 마이크로 컬럼 내를 이동하는 총경로에 대한 평균 속도는 -1.8422 × 107m/s 으로 관찰되었다.
전기장을 빠져 나오는 순간에서의 위치(r2)및 기울기 각도(tan-1(r’2))에 대하여 해석적인 해와 시뮬레이션된 값을 비교하였으며, 시뮬레이션 결과에 대한 위치 오차는 0.01% 이하, 기울기 오차는 0.40%를 나타내었다(Table 1).

후속연구

본 연구는 다중 전자빔 리소그래피용 마이크로 칼럼의 설계를 위하여 전자빔의 광학적 특성을 해석하고, 마이크로 칼럼의 렌즈 설계 및 전자빔 거동의 예측을 위한 빔 광학 전산모사(simulation) 기술을 개발한다. 개발된 전산 모사프로그램을 활용함으로써 전자빔 리소그래피 공정의 성능을 예측하고, 마이크로 컬럼의 설계 및 성능 최적화에 기여하고자 한다. 빔 사이즈 수십 nm 급에 적용될 수 있는 전자계 렌즈, 전자빔의 궤적 등 제어계 모형을 구축하고, 각 부품이 이루는 기하학적 구조 등의 설계 기술을 개발한다.
개발된 전자빔 거동 전산모사 프로그램은 전용 프로그램으로서 렌즈의 형상, 위치 등 기하학적인 설계 변수 외에 전압, 조립 오차 등의 다양한 변수들의 영향을 전자빔 거동 해석에 반영할 수 있으며, 시제품 제작 및 가공 실험에 소요되는 비용, 인력 및 시간의 단축을 기대할 수 있다. 개발된 프로그램과 설계를 위한 기반 기술을 활용함으로써 보다 높은 효율과 고분해능을 갖는 마이크로 전자빔 칼럼 개발이 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다중 전자빔 리소그래피 장비를 구성하기 위해 어떠한 개발이 필요한가?	다중 전자빔 리소그래피 장비를 구성하기 위하여 초소형 전자 컬럼(micro-column)의 개발이 필요하다. 마이크로 컬럼을 설계하기 위하여 우선적으로 요구되는 기술은 전자빔의 거동에 대한 광학적 해석 기술과 전자 렌즈에 가해지는 전압의 크기, 가공 물체와 전자 렌즈 사이의 거리(working distance) 등 여러가지 설계 변수들의 최적화가 요구된다[3].
	다중빔 리소그래피는 어떠한 공정으로 초미세 부품의 생산 원가를 절감할 수 있는가?	다중빔 리소그래피는 대상물(substrate)을 빠르게 노광(exposure)하기 위하여 다수의 초소형 칼럼을 피삭재의 범위 내에서 병렬로 배열하여 배열한 칼럼의 숫자만큼 생산성을 향상시키는 방안이다. 마스크 없이(maskless) 직접 노광(direct writing)하여 패턴을 가공하는 단순한 생산 공정으로 초미세 부품의 생산 원가를 절감할 수 있으며, 동시에 다수의 가공을 진행함으로써 고생산성의 다중 전자빔 장비를 실현할 수 있다.
	다중빔 리소그래피란 어떠한 방안인가?	다중빔 리소그래피는 대상물(substrate)을 빠르게 노광(exposure)하기 위하여 다수의 초소형 칼럼을 피삭재의 범위 내에서 병렬로 배열하여 배열한 칼럼의 숫자만큼 생산성을 향상시키는 방안이다. 마스크 없이(maskless) 직접 노광(direct writing)하여 패턴을 가공하는 단순한 생산 공정으로 초미세 부품의 생산 원가를 절감할 수 있으며, 동시에 다수의 가공을 진행함으로써 고생산성의 다중 전자빔 장비를 실현할 수 있다.

참고문헌 (8)

T. H. P. Chang, Marian Mankos, Kim Y. Lee, Larry

상세보기
M. J. van Bruggen, B. van Someren, P. Kruit, “Electron
김호섭, 김대욱, 김영철, “초소형 전자렌즈의 전자 렌즈의 전자 광학적 분석,” 한국광학회지, 제14권, 제2호, pp. 194-199, 2003.

원문보기 상세보기
Young Chul Kim, Dae-Wook Kim, Seungjoon Ahn,

상세보기
최상국, “전자 렌즈 Aperture 구조에 따른 마이크로칼럼의 전자빔 특성,” 한국광학회지, 제16권, 제1호, pp.428-432, 2005.

원문보기 상세보기
Omer Sise, David J Manura, Mevlut Dogan, “Exploring

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V Ovalle, D R Otomar, J M Pereira, N Ferreira, R R

상세보기
T. H. P. Chang, D. P. Kern, L. P. Muray, “Miniature

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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