(57)【要約】【課題】絞りの温度を低く抑えることができ、斜入射の荷電粒子線の蹴られの少ない荷電粒子線装置用の絞りを提供する。【解決手段】荷電粒子線は、開口絞り１の上側から入射する。開口部２には、多段の段差がついており、下に行くほど径が細くなっていっている。これにより、まず開口絞り１の上面で、荷電粒子線の周辺部分の電子を吸収する。次に２段目の段差で荷電粒子線のより内側の電子を吸収する。それを順次繰り返し、ビームを多段で徐々に吸収していくようになっている。よって、開口絞り１の一部が局所的に高熱となることがない。最下段の開口が、実際の絞りとして働く。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線装置に使用される絞りであって、その開口の寸法が、荷電粒子線の入射側で大きく、荷電粒子線の出射側に行くに従って小さくされていることを特徴とする荷電粒子線装置用絞り。
【請求項２】
前記開口の縦断面形状が、直線又は滑らかな曲線とされていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置用絞り。
【請求項３】
前記開口の縦断面形状がガウス曲線をなしていることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置用絞り。
【請求項４】
前記開口が、ステップ状の段差を有することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置用絞り。
【請求項５】
前記ステップ状の段差の広さが、開口部の断面形状がガウス曲線に沿うような形となるように変化していることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線装置用絞り。
【請求項６】
前記ステップ状の段差の大きさが、開口部の断面形状がガウス曲線に沿うような形となるように変化していることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線装置用絞り。
【請求項７】
絞りを構成する構造体の外面に凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の荷電粒子線装置用絞り。
【請求項８】
絞りを構成する構造体の外面が粗面とされていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の荷電粒子線装置用絞り。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の絞りを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子装置に用いられる絞り、及びこの絞りを有する荷電粒子線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、従来の可視光や紫外線を使用した露光装置に比べて微細なパターンを露光できる荷電粒子線露光装置の開発が盛んに行われている。図４は、このような荷電粒子露光装置の光学系の１例の概要図である。図４において、１１は荷電粒子線源、１２は照明用レンズ、１３はビーム成形アパーチャ、１４は開口絞り、１５はレチクル、１６は投影用レンズ、１７は散乱アパーチャ、１８はウエハである。
【０００３】
荷電粒子線源１１から放出された荷電粒子線は、照明用レンズ１２によりレチクル１５上を均一に照明する。レチクル１５上に形成されたパターンの像は、投影用レンズ１６によりウエハ１８上に結像し、ウエハ１８上のレジストを感光させる。レチクルを照明する荷電粒子線の開き角を制限するために開口絞り１４が、ウエハに入射する荷電粒子線の開き角を制限し、かつ、レチクル１５で散乱された散乱線をカットするために散乱アパーチャ１７が設けられている。
【０００４】
荷電粒子線露光装置のうち、現在、主として開発が行われているものは電子線露光装置である。この電子線露光装置のうち、特に有望視されている分割転写方式と呼ばれる方式を使用するものにおいては、サブフィールドと呼ばれる約２５０μｍ角（レチクル面で約１ｍｍ角）の領域を一括露光する。よって、使用する電子線の電流量が、他の電子線露光装置と比べると非常に大きい。その大きな領域に、露光に十分な電流密度を与えないと、レジストを感光させることができない。電流密度が低いと、それだけ露光時間を長くする必要があり、スループットが低下する。それを防ぐために、露光に際して、電流量を大きくする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示した荷電粒子線露光装置が、電子線露光装置である場合、その光学系において、荷電粒子線源１１は、電子銃であるが、この電子銃の直後にも開口絞りを設けて、余分な電子線を遮蔽するのが普通である。この例を図５に示す。図５（ａ）において、カソード２１から電子線２２が放出され、レンズ（図示せず）により電子線がいったん収束する。この電子線が収束する部分をクロスオーバと呼んでいる。この部分に円形の絞りを入れ、開口絞り２３とする。その後ビームは拡散し、所定の箇所でフォーカスを結ぶ。ここに矩形の絞りを入れビーム成形アパーチャ１３とすることもあり、図４に示すように、一旦照明用レンズ１２を介して、カソード２１面の像を結像させ、そこにビーム成形アパーチャ１３を設けることもある。
【０００６】
露光に使用される電流量が増加すると、電子線が開口絞り２３に衝突する際の発熱も大きくなる。電子線は真空環境でないと、ガスにぶつかり飛行できない。そのため開口絞り２３も真空中に配置される。真空中では気体の対流による熱の散逸がない。また、開口絞り２３を固定する箇所で、開口絞り２３と支持体をネジ等で締め付けても、実際に固体と固体が接している面積は、表面のラフネスのため、見かけ上、面と面が押し付けあっている面積の１万分の１程度しかない。
【０００７】
大気中では、相互表面のラフネスで形成された微少なキャビティー内に気体が存在し、対流により熱が良好に伝導する。しかし真空中ではその効果がないため、接触による熱伝導は極めて低くなる。開口絞り２３が高温となると、輻射を出すようになる。真空中でも輻射は良好に伝播するため、輻射による熱の散逸が支配的となる。
【０００８】
従来、開口絞り２３としては図５（ｂ）に示すような、断面がフラットなものが一般的に使用されている。この場合、絞りの厚さは１０〜５０μｍ程度のものがよく使われる。その理由は、絞りの厚みを薄くすることにより、斜入射するビームの蹴られが少なく済む利点があるためである。しかし厚さが薄いと、横方向への熱抵抗が当然大きくなり、熱がうまく周囲に伝播、拡散しない。
【０００９】
この対策として、図５（ｃ）に示すように、開口絞り２３の周囲の厚みを厚くし、斜入射のビームの蹴られを防ぎながら、熱伝導の効率を上げることもできる。しかし電子ビームを開口絞り２３で遮る場合、電子ビームが吸収される深さ（浸透深さ）が、通常、数μｍと薄いため、開口絞り２３の表面に発熱が集中する。その結果、周囲の熱伝導が良くても、発熱が開口絞り２３の上面の表層に集中し、その部分の温度が局所的に上昇してしまう。そのため高融点の金属を使って開口絞り２３を製造した場合でも、開口絞り２３が溶けてしまうことがあり問題であった。
【００１０】
このような絞りの発熱問題は、開口絞りに限った問題ではなく、矩形の形状をしたビーム成形絞り等でも発生する。図４に示す装置では、電子銃からのビームをビーム成形絞り１３によってまず初めにカットするために、大電流がビーム成形絞り１３に当たり大きな発熱を引き起こす。
【００１１】
荷電粒子線装置が露光装置として使用される場合には、デフォーカス時の倍率変化を極力抑えるため、テレセントリック光学系が採用されることが多い。そのため、開口絞りの肉厚を厚くしても、開口絞りで問題となった、絞りが厚いため斜入射成分が蹴られるという問題は少ない。従って、開口絞りと比べて絞りの肉厚を厚くでき、放熱的には有利な設計ができることが多い。しかし、このような場合でも、ビームの吸収は絞りの極表面で起こるため、特にこの部分の温度上昇が大きくなり、絞りの厚さを厚くすることだけでは、十分な冷却が得られない場合も多い。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高エネルギーの荷電粒子線を吸収しても、絞りの温度を低く抑えることができ、斜入射の荷電粒子線の蹴られの少ない荷電粒子線装置用の絞り、及びこの絞りを用いた荷電粒子線装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、荷電粒子線装置に使用される絞りであって、その開口の寸法が、荷電粒子線の入射側で大きく、荷電粒子線の出射側に行くに従って小さくされていることを特徴とする荷電粒子線装置用絞り（請求項１）である。
【００１４】
本手段においては、開口の寸法が、荷電粒子線の入射側で大きく、荷電粒子線の出射側に行くに従って小さくされているので、絞りの厚さを厚くしても、斜め入射する荷電粒子線の蹴られが少なくなる。又、荷電粒子線は、絞りの厚さ方向全域に亘って徐々に吸収されるので、平板状の絞りに比して、発熱する部分が厚さ方向に分散し、一部分が高熱になることを防止することができる。本手段においては、絞りとしての絞り径は、絞りの出口側の開口寸法で決定される。
【００１５】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記開口の縦断面形状が、直線又は滑らかな曲線とされていることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１６】
本手段においては、荷電粒子線は、絞りの厚さ方向全域に亘って徐々に吸収されるので、平板状の絞りに比して、発熱する部分が厚さ方向に分散し、一部分が高熱になることを防止する効果が特に大きい。
【００１７】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記開口の縦断面形状がガウス曲線をなしていることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１８】
一般に、荷電粒子線装置において開口絞りが設置される位置は、荷電粒子線が一番絞られるクロスオーバ位置である。クロスオーバ位置においては、荷電粒子線の密度は、ガウス分布に従うことが多い。よって、特に絞りとして開口絞りを用いた場合には、開口の断面形状を、ガウス曲面、すなわち、ガウス分布を示す曲線と同一形状にしておけば、開口部の単位面積当たりに照射される荷電粒子線の線量を、ほぼ均一にすることができる。よって、発熱量が均一化され、絞りの一部分のみが高熱になることを防止できるという効果を高めることができる。
【００１９】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段であって、前記開口が、ステップ状の段差を有することを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２０】
本手段においては、開口が、ステップ状の段差を有するようにしているので、加工が容易である。特に、最小径が１００μｍ程度の加工を行うのには、型掘り放電加工を用いることが多いが、この場合に、放電電極を容易に形成することができる。
【００２１】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４の手段であって、前記ステップ状の段差の広さが、開口部の断面形状がガウス曲線に沿うような形となるように変化していることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００２２】
本手段においては、ステップ状の段差の広さ、すなわち、階段状の水平部に当たる部分の広さがガウス曲線に沿って変化している。すなわち、開口部全体の断面形状がガウス曲線に沿うような形となるように、荷電粒子線の入射側から出射側に行くにつれて幅が狭くなるようにされている。荷電粒子線のほとんどは、これらの段差部分で吸収されるが、その際、本手段においては、段差部分で吸収される荷電粒子線の線量がほぼ均しくなり、発熱量が均一化され、絞りの一部分のみが高熱になることを防止できるという効果を高めることができる。
【００２３】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第４の手段であって、前記ステップ状の段差の大きさが、開口部の断面形状がガウス曲線に沿うような形となるように変化していることを特徴とするもの（請求項６）である。
【００２４】
本手段においては、ステップ状の段差の高さ、すなわち、階段状の垂直部に当たる部分の高さがガウス曲線に沿って変化している。すなわち、開口部全体の断面形状がガウス曲線に沿うような形となるように、荷電粒子線の入射側から出射側に行くにつれて段差が大きくなるようにされている。荷電粒子線のほとんどは、これらの段差部分で吸収されるが、その際、本手段においては、特に開口絞として用いた場合には、段差部分で吸収される荷電粒子線の線量がほぼ均しくなり、発熱量が均一化され、絞りの一部分のみが高熱になることを防止できるという効果を高めることができる。
【００２５】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第６の手段のいずれかであって、絞りを構成する構造体の外面に凹凸が設けられていることを特徴とするもの（請求項７）である。
【００２６】
本手段においては、絞りを構成する構造体の外面に凹凸が設けられているので、絞りを構成する構造体の外表面積が大きくなり、放熱を促進することができる。
【００２７】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第１の手段から第６の手段のいずれかであって、絞りを構成する構造体の外面が粗面とされていることを特徴とするもの（請求項８）である。
【００２８】
粗面とは、通常の機械加工を行った場合に得られる表面粗さよりも粗くするために特別の加工が施された面のことである。これにより、本手段においては、絞りを構成する構造体の外表面積が大きくなると共に、放射率も大きくなるので、放熱を促進することができる。
【００２９】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第１の手段から第８の手段のいずれかの絞りを有することを特徴とする荷電粒子線装置（請求項９）である。
【００３０】
本手段においては、絞りが、高エネルギーの荷電粒子線を吸収しても絞りの温度を低く抑えることができ、斜入射の荷電粒子線の蹴られの少ないものとなっているので、荷電粒子線の線量を多くしても、安定した作動を行うことができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である開口絞りを示す図である。図１（ａ）は開口絞り１を中央から縦に２分割したものの概念斜視図である。開口絞り１の中央部には、開口部２が設けられている。実際の開口部２の直径は１００μｍ程度であるのに対し開口絞り１全体の直径は１０ｍｍ程度である。図１（ａ）をはじめ以下の図においては、説明の都合上、開口部２を大きく誇張して書いてある。
【００３２】
荷電粒子線は、この開口絞り１の上側から入射する。開口部２には、多段の段差がついており、下に行くほど径が細くなっていっている。これにより、まず開口絞り１の上面で、荷電粒子線の周辺部分の電子を吸収する。次に２段目の段差で荷電粒子線のより内側の電子を吸収する。それを順次繰り返し、ビームを多段で徐々に吸収していくようになっている。最下段の開口が、実際の絞りとして働く。この実施の形態では絞りの形状は円形であり、図５（ａ）に示す照明光学系ではビームのクロスオーバの位置に配置することを想定している。
【００３３】
すなわち、電子銃２１からの電子線を最初に吸収する絞りであり、高い温度上昇が予想される。クロスオーバではビームの電流分布が、図１（ｂ）に示すようにガウス分布をとなる。そのガウス分布の裾野から順次吸収されてゆく。図１（ｃ）は断面図であるが符号３で示される部分が発熱部である。発熱部３を分散させることにより、発熱の集中を防ぎ、局所的な高温化を防いでいる。
【００３４】
図１（ｃ）の矢印で熱の拡散を示す。最上面で発生した熱は、水平方向から真下までのおよそ９０°の範囲で拡散してゆくが、２段目以下の段で発生した熱は、ほぼ真上から真下までの１８０°に近い範囲で拡散でき、熱の拡散効率が良い。
【００３５】
電流密度がガウス分布に従うので、その裾の部分（周辺部）の電流密度が低く、中心部の電流密度が急激に増加する。よって、発熱をより均一に分散させるため、図１（ｃ）に示すように、開口部の中央付近の段（図で下の段）では、段差部の水平部の幅を狭く、周辺部（上部）に行くに従って、段差部の水平部の幅を広くするようにすると、各段差部で、均一に荷電粒子線を吸収でき、発熱が均一化する。すなわち、図１（ｂ）に示すように、ガウス分布を横方向に区分し、各区分の面積が均しくなるように、区分幅を定め、段差部の水平部の幅を、この区分幅に比例した大きさとすればよい。
【００３６】
図１においては、段差の高さを一定にして、段差部の水平部の幅の寸法を変えることにより、開口部２の断面形状が、ガウス分布に近くなるようにしているが、段差部の水平部の幅を一定とし、段差の高さを、中心部分で大きくとり、周辺で小さくしても同様な効果が得られる。
【００３７】
図２は、本発明の他の実施の形態の例である開口絞りを示す断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、開口部２に段差を設けず、開口部２の断面の側面を、滑らかな曲線（図２（ａ））又は直線（図２（ｂ））としたものである。いずれも、開口絞りの下側（荷電粒子線の出射側）に行くに従って、開口部２の寸法が小さくなるようにされている。
【００３８】
図２（ａ）に示すような構造の場合、開口部２のテーパーを、ガウス曲線をひっくり返したような形とすると、発熱がテーバー部に均一に分散する。それほど発熱を均一に分散させる必要がない場合は、図２（ｂ）のように、ストレートのテーパーでもよい。
【００３９】
段差を多くし、各段の幅を狭くし、段差を大きく取れば、発熱をより広く分散させることができる。あるいはテーパーの角度をきつくして、開口絞り１の厚さを厚くしても同様な効果が得られる。しかし段数が増えるに従い、加工が難しくなる。あるいはテーパーがきつくなった分、厚みが厚くなると、やはり加工が難しくなる。そのため、設計を最適化する必要がある。
【００４０】
次に、輻射により、開口絞りから熱を外部に放出する効率を上げることを考える。輻射は物体の表面から起こるため、表面積を増やすと、輻射による熱の散逸効果が高くなる。よって、開口絞り１の周辺に図３（ａ）に示すような凹凸を設けると、絞りの温度上昇を抑える効果がある。図３（ｂ）に示すような大きな凹凸ではなく、例えば表面をサンドブラストや、エッチングで荒らすことでも同様な効果が得られる。表面が鏡面でなくザラザラになってゆくと、輻射率も増加し、一層輻射が出やすくなり、温度上昇を抑えるのに有効となる。
【００４１】
上述した開口絞りは、図５（ａ）に示すように、荷電粒子線のクロスオーバ位置又はそれと共役な位置に入れて使用することができる。これを使用した荷電粒子線露光装置全体の構造は、例えば、図４に示したものと変わるところはないが、開口絞りが、高エネルギーの荷電粒子線を吸収しても絞りの温度を低く抑えることができ、斜入射の荷電粒子線の蹴られの少ないものとなっているので、荷電粒子線の線量を多くしても、安定した作動を行うことができる。
【００４２】
以上の実施の形態では、円形の開口絞りについて説明したが、矩形のビーム成形等の他の絞りについても同様の考え方が適用できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高エネルギーの荷電粒子線を吸収しても、絞りの温度を低く抑えることができ、斜入射の荷電粒子線の蹴られの少ない荷電粒子線装置用の絞り、及びこの絞りを用いた荷電粒子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である開口絞りを示す図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の例である開口絞りを示す断面図である。
【図３】熱を外部に放出する効率を上げるようにした開口絞りの例を示す図である。
【図４】荷電粒子露光装置の光学系の１例の概要図である。
【図５】電子銃の直後に設けられた開口絞りの例を示す図である。
【符号の説明】
１…開口絞り
２…開口部
３…発熱部
【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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