JP6720861B2 - マルチビーム用アパーチャセット及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチビーム用アパーチャセット及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置に関する。

ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターン（マスク、或いは特にステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）をウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンは、電子ビーム描画装置によって描画され、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。

マルチビームを使った描画装置は、１本の電子ビームで描画する場合に比べて、一度に多くのビームを照射できるので、スループットを大幅に向上させることができる。マルチビーム描画装置の一形態であるブランキングアパーチャアレイを使ったマルチビーム描画装置では、例えば、１つの電子銃から放出された電子ビームを複数の開口を持った成形アパーチャアレイに通してマルチビーム（複数の電子ビーム）を形成する。マルチビームは、ブランキングアパーチャアレイのそれぞれ対応するブランカ内を通過する。ブランキングアパーチャアレイはビームを個別に偏向するための電極対と、その間にビーム通過用の開口を備えており、電極対（ブランカ）の一方をグラウンド電位で固定して他方をグラウンド電位とそれ以外の電位に切り替えることにより、それぞれ個別に、通過する電子ビームのブランキング偏向を行う。ブランカによって偏向された電子ビームは遮蔽され、偏向されなかった電子ビームは試料上に照射される。

ブランキングアパーチャアレイは、各ブランカの電極電位を独立制御するための回路素子を搭載する。このためブランキングアパーチャアレイチップは回路素子を形成したＬＳＩチップをＭＥＭＳ加工して電極対や開口を形成することにより作成する。つまり、電極の直下、ビーム通過穴の周囲に回路素子を配置する。このため、成形アパーチャアレイでマルチビームを形成する際に、開口エッジで散乱された散乱電子が、ブランキングアパーチャアレイに搭載された回路素子に当たり、回路素子の動作不良を引き起こすおそれがあった。特に、ブランキングアパーチャ位置での電子ビームのエネルギーが数十keVの場合は、シリコン中での電子の飛程が数ミクロン以上あるため、電極や開口側壁にあたって反跳した電子がＬＳＩ回路中に飛び込んで回路素子を帯電させてしまう。

特許第４４７７４３３号公報 特許第４４２１８３６号公報 米国特許第６７６８１２５号明細書

本発明は、成形アパーチャアレイの開口エッジで散乱された散乱電子がブランキングアパーチャアレイに照射されることを防止できるマルチビーム用アパーチャセット及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様によるマルチビーム用アパーチャセットは、複数の第１開口が形成され、前記複数の第１開口全体が含まれる領域に、放出部から放出された荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第１開口を前記荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することによりマルチビームを形成する成形アパーチャアレイと、前記複数の第１開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第２開口が形成された第１シールド板と、前記複数の第１開口及び前記複数の第２開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第３開口が形成され、各第３開口にビームのブランキング偏向を行うブランカが設けられたブランキングアパーチャアレイと、を備え、前記第２開口は前記第１開口よりも広く、前記第２開口は前記第３開口よりも狭く、前記成形アパーチャアレイから前記第１シールド板までの距離をｄ１、前記成形アパーチャアレイから前記ブランキングアパーチャアレイまでの距離をｄ２、前記第２開口の径をｗ２、前記第３開口の径をｗ３とした場合、ｗ２＜ｗ３×（ｄ１／ｄ２）となっているものである。

本発明の一態様によるマルチビーム用アパーチャセットにおいて、前記第２開口は前記第３開口よりも狭い。

本発明の一態様によるマルチビーム用アパーチャセットにおいて、前記第１シールド板の板厚は、前記第１シールド板における前記荷電粒子ビームの飛程より大きい。

本発明の一態様によるマルチビーム用アパーチャセットは、前記成形アパーチャアレイと前記第１シールド板との間に設けられ、前記複数の第１開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第４開口が形成された第２シールド板をさらに備える。

本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、荷電粒子ビームを放出する放出部と、複数の第１開口が形成され、前記複数の第１開口全体が含まれる領域に前記荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第１開口を前記荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することによりマルチビームを形成する成形アパーチャアレイと、前記複数の第１開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第２開口が形成された第１シールド板と、前記複数の第１開口及び前記複数の第２開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第３開口が形成され、各第３開口にビームのブランキング偏向を行うブランカが設けられたブランキングアパーチャアレイと、を備え、前記第２開口は前記第１開口よりも広く、前記第２開口は前記第３開口よりも狭く、前記成形アパーチャアレイから前記第１シールド板までの距離をｄ１、前記成形アパーチャアレイから前記ブランキングアパーチャアレイまでの距離をｄ２、前記第２開口の径をｗ２、前記第３開口の径をｗ３とした場合、ｗ２＜ｗ３×（ｄ１／ｄ２）となっていることを特徴とするものである。

本発明によれば、成形アパーチャアレイの開口エッジで散乱された散乱電子がブランキングアパーチャアレイに照射されることを防止できる。

本発明の実施形態によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 成形アパーチャアレイの平面図である。 同実施形態によるアパーチャセットの断面図である。 シールド板で遮蔽されるビームの例を示す図である。 （ａ）（ｂ）はシールド板の実装例を示す側面図である。 斜め方向からのビームがシールド板を通過する例を示す図である。 別の実施形態によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 別の実施形態によるアパーチャセットの断面図である。 プレシールド板を通過するビームと遮蔽されるビームの例を示す図である。 プレシールド板を通過するビームと遮蔽されるビームの例を示す図である。 プレシールド板を通過するビームと遮蔽されるビームの例を示す図である。 （ａ）（ｂ）はシールド板を通過するビームと遮蔽されるビームの例を示す図である。 変形例によるシールド板の断面図である。 変形例によるシールド板の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは電子ビームに限るものでなく、イオンビーム等でもよい。

図１は、実施形態に係る描画装置の概略構成図である。図１に示す描画装置１００は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置の一例である。描画装置１００は、電子鏡筒１０２と描画室１０３とを備えている。電子鏡筒１０２内には、電子銃１１１、照明レンズ１１２、アパーチャセットＳ、縮小レンズ１１５、制限アパーチャ部材１１６、対物レンズ１１７及び偏向器１１８が配置されている。

アパーチャセットＳは、成形アパーチャアレイ１０、シールド板（第１シールド板）２０、及びブランキングアパーチャアレイ３０を有する。ブランキングアパーチャアレイ３０は実装基板４０に実装（搭載）されている。実装基板４０の中央部には、電子ビーム（マルチビーム１３０Ｍ）が通過するための開口４２が形成されている。成形アパーチャアレイ１０はマルチビーム１３０Ｍを成形する際、電子ビーム１３０の大部分を阻止するため発熱して熱膨張する。このため成形アパーチャアレイ１０は可動ステージ上に設置され、マルチビーム１３０Ｍがブランキングアパーチャアレイ３０の貫通穴を通過するように位置調整される。

描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画時には描画対象基板となるマスク等の試料１０１が配置される。試料１０１には、半導体装置を製造する際の露光用マスク、或いは、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等が含まれる。また、試料１０１には、レジストが塗布された、まだ何も描画されていないマスクブランクスが含まれる。

図２に示すように、成形アパーチャアレイ１０には、縦ｍ列×横ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の開口（第１開口）１２が所定の配列ピッチで形成されている。各開口１２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。開口１２の形状は、円形であっても構わない。これらの複数の開口１２を電子ビーム１３０の一部がそれぞれ通過することで、マルチビーム１３０Ｍが形成される。

図３に示すように、成形アパーチャアレイ１０の下面にＸ線シールド板５０が設けられていてもよい。Ｘ線シールド板５０には、成形アパーチャアレイ１０の各開口１２の配置位置に合わせて、電子ビーム通過用の通過孔５２が形成されている。Ｘ線シールド板５０は成形アパーチャアレイ１０で電子ビームを止める際に制動輻射で発生するＸ線を減衰させてブランキングアパーチャアレイ３０への回路へのダメージや描画試料上のレジストの感光を防ぐために設置される。

シールド板２０は、成形アパーチャアレイ１０の下方に設けられ、成形アパーチャアレイ１０の各開口１２の配置位置に合わせて開口（第２開口）２２が形成されている。シールド板２０は例えばシリコン基板からなり、板厚Ｔ１はシリコン基板中の電子ビームの飛程（約１５μｍ）より大きい。

ブランキングアパーチャアレイ３０は、シールド板２０の下方に設けられ、成形アパーチャアレイ１０の各開口１２の配置位置に合わせて通過孔（第３開口）３２が形成されている。各通過孔３２には、対となる２つの電極の組からなるブランカ３４が配置される。ブランカの片方はグラウンド電位で固定されており、他方をグラウンド電位と別の電位に切り替える。各通過孔３２を通過する電子ビームは、ブランカ３４に印加される電圧によってそれぞれ独立に偏向される。このように、複数のブランカ３４が、成形アパーチャアレイ１０の複数の開口１２を通過したマルチビーム１３０Ｍのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う。ブランカを制御する回路はブランカの直下にあり、ＢＡＡチップの表面（図１では下側）から１０μｍ以内にあるため、数十ｋｅＶのエネルギーの電子がＢＡＡチップの表面に当たると電子が回路に到達して帯電や故障をさせてしまう。よって、図１ではＢＡＡチップの電極および回路が存在する面を下側（ビームの出射側）に設置している。

電子銃１１１（放出部）から放出された電子ビーム１３０は、照明レンズ１１２によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ１０全体を照明する。電子ビーム１３０が成形アパーチャアレイ１０の複数の開口１２を通過することによって、複数の電子ビーム（マルチビーム）１３０Ｍが形成される。マルチビーム１３０Ｍは、シールド板２０の開口２２を通過し、ブランキングアパーチャアレイ３０のそれぞれ対応するブランカ３４内を通過する。

ブランキングアパーチャアレイ３０を通過したマルチビーム１３０Ｍは、縮小レンズ１１５によって、縮小され、制限アパーチャ部材１１６の中心の穴に向かって進む。ここで、ブランキングアパーチャアレイ３０のブランカ３４によって偏向された電子ビームは、制限アパーチャ部材１１６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材１１６によって遮蔽される。一方、ブランカ３４によって偏向されなかった電子ビームは、制限アパーチャ部材１１６の中心の穴を通過する。ブランカ３４のオン／オフによって、ブランキング制御が行われ、ビームのオン／オフが制御される。

このように、制限アパーチャ部材１１６は、複数のブランカ３４によってビームオフの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。そして、ビームオンになってからビームオフになるまでに形成された、制限アパーチャ部材１１６を通過したビームにより１回分のショットのビームが形成される。

制限アパーチャ部材１１６を通過したマルチビームは、対物レンズ１１７により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となる。偏向器１１８によってマルチビーム全体が同方向にまとめて偏向され、各ビームの試料１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。ＸＹステージ１０５が連続移動している時、ビームの照射位置がＸＹステージ１０５の移動に追従するように偏向器１１８によって制御される。

一度に照射されるマルチビームは、理想的には成形アパーチャアレイ１０の複数の開口１２の配列ピッチに、上述した所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。描画装置１００は、ショットビームを連続して順に照射していくラスタースキャン方式で描画動作を行い、所望のパターンを描画する際、不要なビームはブランキング制御によりビームオフに制御される。

本実施形態では、図３に示すように、シールド板２０の開口２２の径（寸法、サイズ）ｗ２は、成形アパーチャアレイ１０の開口１２の径ｗ１より大きくなっている。開口２２の径ｗ２は、ブランキングアパーチャアレイ３０の開口３２の径ｗ３より小さいことが好ましい。

成形アパーチャアレイ１０からシールド板２０までの高さ方向の距離をｄ１、成形アパーチャアレイ１０からブランキングアパーチャアレイ３０（ブランカ３４の電極の下端）までの高さ方向の距離をｄ２とした場合、ｗ２＜ｗ３×（ｄ１／ｄ２）となっていることがさらに好ましい。例えば、距離ｄ１を１０ｍｍ、距離ｄ２を９ｍｍ、径ｗ１を１μｍ、径ｗ２を８μｍ、径ｗ３を１０μｍ程度とすることができる。

開口部２２の径ｗ２をこのような大きさとすることで、図４に示すように、電子ビームの飛程以上の厚みを有するシールド板２０は、電子ビームが成形アパーチャアレイ１０の開口１２を通過してマルチビームを形成する際に開口１２のエッジで電子ビームが散乱されて発生した散乱電子を遮蔽し、散乱電子がブランキングアパーチャアレイ３０に搭載された回路素子やブランカ３４に照射されることを防止できる。これにより、散乱電子による回路素子の動作不良の発生を防止できる。また、成形アパーチャアレイ１０がブランキングアパーチャアレイ３０に対して正しく位置あわせされていない状態のとき（カソード１１１からの電子ビーム放射を開始した直後はこうなる）、マルチビーム１３０Ｍがブランキングアパーチャアレイ３０に照射されて回路素子の動作不良が発生することを防止できる。一方、成形アパーチャアレイ１０がブランキングアパーチャアレイ３０に対して正しく位置あわせされている状態では、前述したようにシールド板２０は散乱電子を阻止するがマルチビーム１３０Ｍは阻止しないので、シールド板２０が描画に影響を与えることはない。

図１では、シールド板２０が実装基板４０の上方に位置するように示しているが、シールド板２０は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、実装基板４０とブランキングアパーチャアレイ３０との間に設置されていてもよい。この場合、まず、ブランキングアパーチャアレイ３０とシールド板２０とを、開口３２及び開口２２の位置を合わせてボンディングする。続いて、ブランキングアパーチャアレイ３０及びシールド板２０の接合体を実装基板４０に搭載し、ダイボンディングやワイヤボンディングにより回路同士を接続する。なお、図５（ｂ）は、ブランキングアパーチャアレイ３０が、一方の面に凹部３６が形成されたメンブレン構造となっている例を示している。

図６に示すように、成形アパーチャアレイ１０の開口１２ａを通過した電子（開口１２ａで散乱した電子を含む）のうち、開口１２ａに対応するシールド板２０の開口２２ａを通過した電子は、ブランキングアパーチャアレイ３０の開口３２ａを通過し、ブランキングアパーチャアレイ３０に設けられた回路素子には当たらないようになっている。

しかし、成形アパーチャアレイ１０とシールド板２０との間隔、シールド板２０とブランキングアパーチャアレイ３０との間隔、開口２２の径ｗ２の大きさ、開口３２の径ｗ３の大きさの関係によっては、図６に示すように、開口１２ａの周囲の開口１２ｂで散乱した電子ｅ１が、開口２２ａを通過してブランキングアパーチャアレイ３０に照射される場合がある。

このような斜め方向の散乱電子ｅ１を遮蔽するために、図７、図８に示すように、成形アパーチャアレイ１０とシールド板２０との間に、プレシールド板（第２シールド板）６０を設けることが好ましい。

プレシールド板６０は、成形アパーチャアレイ１０の各開口１２の配置位置に合わせて開口（第４開口）６２が形成されている。プレシールド板６０は例えばシリコン基板からなり、板厚Ｔ２は電子ビームの飛程（約１５μｍ）より大きい。

開口６２の径ｗ４は、成形アパーチャアレイ１０の開口１２の径ｗ１より大きくなっている。また、開口６２の径ｗ４は、ブランキングアパーチャアレイ３０の開口３２の径ｗ３より小さいことが好ましい。

成形アパーチャアレイ１０からプレシールド板６０までの高さ方向の距離をｄ３、成形アパーチャアレイ１０からブランキングアパーチャアレイ３０（ブランカ３４の電極の下端）までの高さ方向の距離をｄ２とした場合、ｗ４＜ｗ３×（ｄ３／ｄ２）となっていることが好ましい。

プレシールド板６０の設置箇所は、成形アパーチャアレイ１０とシールド板２０との間であれば特に限定されない。但し、図９に示すようにプレシールド板６０を成形アパーチャアレイ１０とシールド板２０との中間地点に設置する場合と比較して、図１０に示すように成形アパーチャアレイ１０の近傍に設置するか、又は図１１に示すようにシールド板２０の近傍に設置する方が、散乱電子阻止能は高い。なお、図９〜図１１では、ブランキングアパーチャアレイ３０に到達する散乱電子を実線、プレシールド板６０で遮蔽される散乱電子を破線で示している。

ここで、プレシールド板６０を成形アパーチャアレイ１０の近傍に設置するとは、例えば、成形アパーチャアレイ１０からプレシールド板６０までの高さ方向の距離ｄ３が、成形アパーチャアレイ１０からシールド板２０までの高さ方向の距離ｄ１の１／４以下であることをいう。一方、プレシールド板６０をシールド板２０の近傍に設置するとは、例えば、距離ｄ３が距離ｄ１の３／４以上であることをいう。

図１２（ａ）（ｂ）に示すように、シールド板２０（及びプレシールド板６０）は、板厚が大きい程、散乱電子阻止能は高い。しかし、開口２２の径ｗ２は小さく、加工のアスペクト比を考慮すると、シールド板２０の板厚を大きくすることは困難である。

そこで、図１３に示すように、径ｗ２の開口が形成された板厚の小さいシールド板２０Ａを複数枚積層して、高アスペクト比の開口を持つシールド板を作製してもよい。ただし各層の位置ずれが合った場合は実質の径がｗ２より小さくなってしまう。

逆に、図１４に示すように、所望の径ｗ２よりも大径の開口２２ｃを形成したシールド板２０Ｂを複数枚用意し、開口２２ｃの位置をずらして積層することで、所望の径ｗ２の開口を持つシールド板を作製してもよい。複数枚のシールド板２０Ｂは離間して配置してもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０ 成形アパーチャアレイ
２０ シールド板
３０ ブランキングアパーチャアレイ
４０ 実装基板
６０ プレシールド板
１００ 描画装置
１０１ 基板
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１１１ 電子銃

Claims (4)

1. 複数の第１開口が形成され、前記複数の第１開口全体が含まれる領域に、放出部から放出された荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第１開口を前記荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することによりマルチビームを形成する成形アパーチャアレイと、
   前記複数の第１開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第２開口が形成された第１シールド板と、
   前記複数の第１開口及び前記複数の第２開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第３開口が形成され、各第３開口にビームのブランキング偏向を行うブランカが設けられたブランキングアパーチャアレイと、
   を備え、
   前記第２開口は前記第１開口よりも広く、
   前記第２開口は前記第３開口よりも狭く、
   前記成形アパーチャアレイから前記第１シールド板までの距離をｄ１、前記成形アパーチャアレイから前記ブランキングアパーチャアレイまでの距離をｄ２、前記第２開口の径をｗ２、前記第３開口の径をｗ３とした場合、ｗ２＜ｗ３×（ｄ１／ｄ２）となっていることを特徴とするマルチビーム用アパーチャセット。
2. 前記第１シールド板の板厚は、前記第１シールド板における前記荷電粒子ビームの飛程より大きいことを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム用アパーチャセット。
3. 前記成形アパーチャアレイと前記第１シールド板との間に設けられ、前記複数の第１開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第４開口が形成された第２シールド板をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチビーム用アパーチャセット。
4. 荷電粒子ビームを放出する放出部と、
   複数の第１開口が形成され、前記複数の第１開口全体が含まれる領域に前記荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第１開口を前記荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することによりマルチビームを形成する成形アパーチャアレイと、
   前記複数の第１開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第２開口が形成された第１シールド板と、
   前記複数の第１開口及び前記複数の第２開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第３開口が形成され、各第３開口にビームのブランキング偏向を行うブランカが設けられたブランキングアパーチャアレイと、
   を備え、
   前記第２開口は前記第１開口よりも広く、
   前記第２開口は前記第３開口よりも狭く、
   前記成形アパーチャアレイから前記第１シールド板までの距離をｄ１、前記成形アパーチャアレイから前記ブランキングアパーチャアレイまでの距離をｄ２、前記第２開口の径をｗ２、前記第３開口の径をｗ３とした場合、ｗ２＜ｗ３×（ｄ１／ｄ２）となっていることを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。

Images