(57)【要約】【課題】成形アパーチャアレイの温度上昇を抑制する。【解決手段】本実施形態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１４と、単一の第１開口が形成された制限アパーチャ１７と、複数の第２開口が形成され、前記複数の第２開口が含まれる領域に、前記第１開口を通過した前記荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第２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１８と、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２０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを放出する放出部と、
単一の第１開口が形成された制限アパーチャと、
複数の第２開口が形成され、前記複数の第２開口が含まれる領域に、前記第１開口を通過した前記荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第２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、
を備えるマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記制限アパーチャは、照明レンズと前記成形アパーチャアレイとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項３】
照明レンズと前記成形アパーチャアレイとの間に配置された静電レンズをさらに備え、
前記制限アパーチャは、前記照明レンズの中、又は前記照明レンズよりも光路の上流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項４】
前記第１開口の形状、及び前記複数の第２開口の配置領域の形状は共に矩形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項５】
前記第３開口の配列ピッチは、前記第２開口の配列ピッチよりも狭いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
成形アパーチャアレイは、ビーム照射に伴い温度が上がり、熱膨張により開口ピッチが変化する。成形アパーチャアレイの開口ピッチが変化すると、マルチビームのビームピッチが変化し、ブランキングアパーチャアレイの開口を通過しなくなるビームが発生し、試料面上に結像すべきビームアレイの一部が欠損するという問題があった。
【０００６】
成形アパーチャアレイの温度上昇を抑える手段として、成形アパーチャアレイ保持機構の放熱性を良くするということが考えられる。しかし、電子ビームは真空中で照射する必要があり、成形アパーチャアレイやその保持機構は真空中に配置されるため、成形アパーチャアレイの温度上昇を十分に抑えることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１４０２６７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６１７３３号公報
【特許文献３】特開平９−２３２２０９号公報
【特許文献４】米国特許第７，７８１，７４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、成形アパーチャアレイの温度上昇を抑制することができる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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、単一の第１開口が形成された制限アパーチャと、複数の第２開口が形成され、前記複数の第２開口が含まれる領域に、前記第１開口を通過した前記荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第２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、を備えるものである。
【００１０】
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記制限アパーチャは、照明レンズと前記成形アパーチャアレイとの間に配置されている。
【００１１】
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、照明レンズと前記成形アパーチャアレイとの間に配置された静電レンズをさらに備え、前記制限アパーチャは、前記照明レンズの中、又は前記照明レンズよりも光路の上流側に配置されている。
【００１２】
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記第１開口の形状、及び前記複数の第２開口の配置領域の形状は共に矩形である。
【００１３】
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記第３開口の配列ピッチは、前記第２開口の配列ピッチよりも狭い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成形アパーチャアレイの温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。
【図２】制限アパーチャの平面図である。
【図３】成形アパーチャアレイの平面図である。
【図４】第２の実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。
【図５】（ａ）は第３の実施形態に係る制限アパーチャの平面図であり、（ｂ）は成形アパーチャアレイにおけるビーム照射領域を示す図である。
【図６】旋回しながら進行するビームの例を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１に示す描画装置は、マスクやウェーハ等の対象物に電子ビームを照射して所望のパターンを描画する描画部１０と、描画部１０の動作を制御する制御部６０とを備える。描画部１０は、電子ビーム鏡筒１２及び描画室４０を有した、マルチビーム描画装置の一例である。
【００１８】
電子ビーム鏡筒１２内には、電子銃１４、照明レンズ１６、制限アパーチャ１７、成形アパーチャアレイ１８、ブランキングアパーチャアレイ２０、投影レンズ２２、偏向器２４、ストッピングアパーチャ２６、及び対物レンズ２８が配置されている。
【００１９】
描画室４０内には、ＸＹステージ４２が配置される。ＸＹステージ４２上には、描画対象の基板４４であるマスクブランクスが載置されている。
【００２０】
図２に示すように、制限アパーチャ１７には、単一の開口１７Ａ（第１開口）が形成されている。開口１７Ａは例えば円形である。制限アパーチャ１７は、成形アパーチャアレイ１８よりもビーム進行方向の上流側に配置されており、ビームの一部を遮蔽し、成形アパーチャアレイ１８へのビーム照射量を低減する。
【００２１】
制限アパーチャ１７は、散乱電子を抑えるために、シリコン、カーボン、アルミニウム、チタン等の電子の反射率（後方散乱係数）が小さく、加工し易い材料を用いることが好ましい。
【００２２】
図３に示すように、成形アパーチャアレイ１８には、縦ｍ列×横ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の開口１８Ａ（第２開口）が所定の配列ピッチで形成されている。各開口１８Ａは、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。開口１８Ａの形状は、円形であっても構わない。
【００２３】
縦方向の開口１８Ａの個数と、横方向の開口１８Ａの個数とが同じ場合（ｍ＝ｎである場合）、開口１８Ａの配置領域の形状は正方形となる。
【００２４】
制限アパーチャ１７の開口１７Ａを通過し、円形に成形された電子ビームＢが成形アパーチャアレイ１８に照射される照射領域５０（アパーチャ像）は、開口１８Ａの配置領域よりも僅かに大きい。
【００２５】
複数の開口１８Ａを電子ビームの一部がそれぞれ通過することで、マルチビームＭＢが形成される。
【００２６】
ブランキングアパーチャアレイ２０は、成形アパーチャアレイ１８の下方（光路の下流側）に設けられ、成形アパーチャアレイ１８の各開口１８Ａに対応する通過孔２０Ａ（第３開口）が形成されている。各通過孔２０Ａには、対となる２つの電極の組からなるブランカ（図示略）が配置される。ブランカの一方の電極はグラウンド電位で固定されており、他方の電極をグラウンド電位と別の電位とに切り替える。
【００２７】
各通過孔２０Ａを通過する電子ビームは、ブランカ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、複数のブランカが、成形アパーチャアレイ１８の複数の開口１８Ａを通過したマルチビームＭＢ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。
【００２８】
ストッピングアパーチャ２６は、ブランカにより偏向されたビームを遮蔽する。ブランカにより偏向されなかったビームは、ストッピングアパーチャ２６の中心部に形成された開口２６Ａを通過する。ストッピングアパーチャ２６は、ブランキングアパーチャアレイ２０による個別ブランキング時のビームの漏れを少なくするために、ビームの拡がりの小さくなるクロスオーバ（光源像）の結像面に配置される。
【００２９】
制御部６０は、制御計算機６２、偏向制御回路６４等を有している。偏向制御回路６４は、ブランキングアパーチャアレイ２０及び偏向器２４に接続されている。制御計算機６２は、記憶装置（図示略）から描画データを読み出し、複数段のデータ変換処理を行って装置固有のショットデータを生成する。ショットデータには、各ショットの照射量及び照射位置座標等が定義される。
【００３０】
制御計算機６２は、ショットデータに基づき各ショットの照射量を偏向制御回路６４に出力する。偏向制御回路６４は、入力された照射量を電流密度で割って照射時間ｔを求める。そして、偏向制御回路６４は、対応するショットを行う際、照射時間ｔだけブランカがビームＯＮするように、ブランキングアパーチャアレイ２０の対応するブランカに偏向電圧を印加する。
【００３１】
また、制御計算機６２は、ショットデータが示す位置（座標）に各ビームが偏向されるように、偏向位置データを偏向制御回路６４に出力する。偏向制御回路６４は、偏向量を演算し、偏向器２４に偏向電圧を印加する。これにより、その回にショットされるマルチビームＭＢがまとめて偏向される。
【００３２】
電子銃１４（放出部）から放出された電子ビームＢは、照明レンズ１６によりほぼ垂直に制限アパーチャ１７を照明する。制限アパーチャ１７の開口１７Ａを通過した電子ビームが成形アパーチャアレイ１８の開口配置領域を照明する。電子ビームが成形アパーチャアレイ１８の複数の開口１８Ａ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）ＭＢが形成される。マルチビームＭＢは、ブランキングアパーチャアレイ２０のそれぞれ対応するブランカ内を通過する。
【００３３】
ブランキングアパーチャアレイ２０を通過したマルチビームＭＢは、投影レンズ２２によって縮小され、ストッピングアパーチャ２６の中心の開口２６Ａに向かって進む。ここで、ブランキングアパーチャアレイ２０のブランカによって偏向された電子ビームは、ストッピングアパーチャ２６の開口２６Ａから位置がはずれ、ストッピングアパーチャ２６によって遮蔽される。一方、ブランカによって偏向されなかった電子ビームは、ストッピングアパーチャ２６の開口２６Ａを通過する。ブランカのオン／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。
【００３４】
このように、ストッピングアパーチャ２６は、ブランキングアパーチャアレイ２０のブランカによってビームＯＦＦ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ＯＮになってからビームＯＦＦになるまでにストッピングアパーチャ２６を通過したビームが、１回分のショットのビームとなる。
【００３５】
ストッピングアパーチャ２６を通過したマルチビームＭＢは、対物レンズ２８により基板４４上に焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となる。ストッピングアパーチャ２６を通過した各ビーム（マルチビーム全体）は、偏向器２４によって同方向にまとめて偏向され、各ビームの基板４４上のそれぞれの照射位置に照射される。
【００３６】
なお、図１の例では、偏向器２４がストッピングアパーチャ２６よりも光路の上流側に配置されるが、下流側に配置されてもよい。
【００３７】
ＸＹステージ４２が連続移動している時、ビームの照射位置がＸＹステージ４２の移動に追従するように偏向器２４によって制御される。ＸＹステージ４２の移動は図示しないステージ制御部により行われる。
【００３８】
本実施形態では、成形アパーチャアレイ１８の上方（成形アパーチャアレイ１８よりも光路の上流側）に制限アパーチャ１７を設け、成形アパーチャアレイ１８へのビーム照射量を低減している。そのため、成形アパーチャアレイ１８の温度上昇を抑え、開口１８Ａの開口ピッチの変化を防止することができる。
【００３９】
電子銃１４から放出された電子ビームの一部が制限アパーチャ１７で遮蔽されることにより、成形アパーチャアレイ１８のビーム照射領域５０の周縁部では、外方に向かって徐々に暗くなる（照射量が低下する）領域が生じる。このような照射量低下領域（以下、「半影ボケ」ともいう。）と開口１８Ａとが重なると、電流密度の低いビームが形成される。電流密度の低いビームが形成されないようにするために、半影ボケ分以上の距離のマージンが最外周の開口と制限アパーチャの影との間隔において必要となるので、照射領域をぎりぎりまで狭くし出来るだけビーム照射量を低減させる上では、半影ボケを小さくすることが好ましい。
【００４０】
半影ボケを十分小さくするために、成形アパーチャアレイ１８と制限アパーチャ１７との間隔Ｄが以下の条件を満たすようにすることが好ましい。以下の条件式において、αは基板４４におけるビーム集束角、Ｍは成形アパーチャアレイ１８から基板面への結像倍率、Ｐは成形アパーチャアレイ１８の開口１８Ａの配列ピッチである。
【００４１】
Ｄ≦Ｐ／（１０・Ｍ・α）
【００４２】
間隔Ｄが上記条件式を満たすようにすることで、半影ボケを配列ピッチＰの１／１０以下にすることができる。
【００４３】
成形アパーチャアレイ１８へのビーム照射量を低減するために、成形アパーチャアレイ１８の上方に、開口１８Ａに対応する複数の開口が形成された制限アパーチャアレイを配置することが考えられる。しかし、制限アパーチャアレイの開口と、成形アパーチャアレイ１８の開口１８Ａとの位置がずれると、マルチビームの一部が欠損する。制限アパーチャアレイの開口と、成形アパーチャアレイ１８の開口１８Ａとの位置合わせを高精度に行うには、複雑で高価な位置合わせ機構を設ける必要がある。
【００４４】
また、制限アパーチャアレイの開口の寸法は小さいため、コンタミネーションにより開口が閉塞すると、マルチビームの一部が欠損する。また、開口を閉塞するまでに至らなくても、汚れとビームとの距離が近く、チャージアップによりビームが偏向され、ビーム精度が著しく劣化する。
【００４５】
これに対し、本実施形態では、径の大きい単一の開口１７Ａを有する制限アパーチャ１７を配置する。そのため、成形アパーチャアレイ１８の開口１８Ａとの位置合わせを高精度に行う必要はない。また、開口１７Ａが塞がれる可能性は無く（極めて低く）、開口１７Ａの周縁に汚れが生じた場合でも、ビームと汚れとの間隔を大きくとることができ、チャージアップによるビーム偏向効果を極めて小さくすることができる。
【００４６】
［第２の実施形態］
図４に第２の実施形態に係る描画装置の概略構成を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、静電レンズ３０が設けられている点が異なる。図４において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４７】
静電レンズ３０は、成形アパーチャアレイ１８を格子として利用した格子レンズ３２を構成する。格子レンズ３２は、照明系の収差を低減し、ストッピングアパーチャ２６における光源像のサイズを絞る。静電レンズ３０は、照明レンズ１６と成形アパーチャアレイ１８との間に配置される。
【００４８】
格子レンズ３２の電界を乱さないようにするために、制限アパーチャ１７は、照明レンズ１６の中、又は照明レンズ１６よりも上方（光路の上流側）に配置される。図４は、制限アパーチャ１７を照明レンズ１６の中に配置した例を示している。
【００４９】
格子レンズ３２を設けた場合でも、成形アパーチャアレイ１８へのビーム照射量を低減し、成形アパーチャアレイ１８の温度上昇を抑えることができる。
【００５０】
［第３の実施形態］
上記第１の実施形態では、図２に示すように、制限アパーチャ１７に円形の開口１７Ａが形成されている例について説明したが、図５（ａ）に示すように、矩形の開口１７Ｂが形成されていてもよい。図５（ｂ）は、制限アパーチャ１７の開口１７Ｂを通過した電子ビームが成形アパーチャアレイ１８に照射される矩形の照射領域５０Ｂを示す。
【００５１】
開口１７Ｂの形状は、成形アパーチャアレイ１８の開口１８Ａの配置領域の形状に合わせた形状とすることが好ましい。例えば、開口１８Ａの配置領域の形状が正方形の場合、開口１７Ｂの形状も正方形とする。これにより、照射領域５０Ｂも正方形となる。
【００５２】
図３に示す円形の照射領域５０の直径と、図５（ｂ）に示す正方形の照射領域５０Ｂの対角線長さとを同じにした場合、本実施形態は、上記第１の実施形態と比較して、成形アパーチャアレイ１８へのビーム照射量をさらに約３６％低減させることができる。そのため、成形アパーチャアレイ１８の温度上昇をさらに効果的に抑制することができる。
【００５３】
［第４の実施形態］
図４に示す上記第２の実施形態において、矩形の開口１７Ｂが形成された制限アパーチャ１７を用いてもよい。照明レンズ１６が磁界型の場合、開口１７Ｂを通過し、矩形に成形されたビームは磁界の中で旋回しながら進行する。そのため、図６に示すように、矩形の照射領域５０Ｂと、開口１８Ａの配置領域との位置が合うように、制限アパーチャ１７を回転させて配置することが好ましい。
【００５４】
制限アパーチャ１７の回転量は予め計算して求めることができる。制限アパーチャ１７の回転機構を設け、制限アパーチャ１７の回転量を変えながら試料面に照射されるビームを検出し、回転量を決定してもよい。
【００５５】
［第５の実施形態］
図７に第５の実施形態に係る描画装置の概略構成を示す。本実施形態は、図４に示す第２の実施形態と比較して、投影レンズ２２を省略し、マルチビームＭＢの各ビームが、ストッピングアパーチャ２６の開口２６Ａに向かって角度を持って進む点が異なる。制限アパーチャ１７は、円形の開口１７Ａが形成されていてもよいし、矩形の開口１７Ｂが形成されていてもよい。図７において、図４に示す第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５６】
マルチビームＭＢ全体のビーム径は、制限アパーチャ１７の通過時から徐々に小さくなっていく。さらに、マルチビームＭＢのビームピッチは、成形アパーチャアレイ１８の通過時から徐々に小さくなっていく。
【００５７】
マルチビームＭＢは、成形アパーチャアレイ１８によって形成されるビームピッチよりも狭くなったピッチでブランキングアパーチャアレイ２０を通過する。
【００５８】
上記第１〜第４の実施形態では、制限アパーチャ１７に形成された開口１７Ａ，１７Ｂのサイズは、成形アパーチャアレイ１８におけるビーム照射領域５０，５０Ｂのサイズと同程度であったが、本実施形態では、開口１７Ｂのサイズはビーム照射領域５０Ｂのサイズよりも大きくなる。
【００５９】
マルチビームＭＢが、ビームピッチを狭めながらストッピングアパーチャ２６に向かって進む場合でも、制限アパーチャ１７が成形アパーチャアレイ１８へのビーム照射量を低減し、成形アパーチャアレイ１８の熱膨張を抑制することができる
【００６０】
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。
【符号の説明】
【００６１】
１０  描画部
１２  電子ビーム鏡筒
１４  電子銃
１６  照明レンズ
１７  制限アパーチャ
１８  成形アパーチャアレイ
２０  ブランキングアパーチャアレイ
２２  投影レンズ
２４  偏向器
２６  ストッピングアパーチャ
２８  対物レンズ
３０  静電レンズ
３２  格子レンズ
４０  描画室
４２  ＸＹステージ
４４  基板
６０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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