(57)【要約】【課題】荷電粒子源の交換および位置調整に有利な技術を提供する。【解決手段】この支持機器は、荷電粒子源１０６を交換可能に支持する支持機器であって、荷電粒子源を選択的に保持する保持部１０３と、荷電粒子源１０６から荷電粒子を放出させる位置に荷電粒子源１０６が位置するように保持部１０３を位置決めして支持する支持部１００〜１０２と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源を交換可能に支持する支持機器であって、
前記荷電粒子源を選択的に保持する保持部と、
前記荷電粒子源から荷電粒子を放出させる位置に前記荷電粒子源が位置するように前記保持部を位置決めして支持する支持部と、
を有することを特徴とする支持機器。
【請求項２】
前記支持部は、マニピュレータを含むことを特徴とする請求項１記載の支持機器。
【請求項３】
前記保持部は、前記荷電粒子源を把持する把持部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の支持機器。
【請求項４】
前記把持部を介して前記荷電粒子源に電気エネルギーおよび熱エネルギーのうち少なくとも一方を供給することを特徴とする請求項３に記載の支持機器。
【請求項５】
前記保持部および前記支持部のうち少なくとも一方は、アクチュエータとして圧電素子を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の支持機器。
【請求項６】
請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の支持機器として、第１支持機器および第２支持機器を含み、
前記第１支持機器および前記第２支持機器のうちの一方は、荷電粒子源を前記位置に位置決めして支持し、前記第１支持機器および前記第２支持機器のうちの他方は、前記位置とは異なる荷電粒子源のエージングを行わせる位置に荷電粒子源を位置決めして支持すことを特徴とする支持装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の支持機器または請求項６に記載の支持装置を有することを特徴とする荷電粒子銃。
【請求項８】
請求項７に記載の荷電粒子銃を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
パターン形成を基板に行うリソグラフィ装置であって、
請求項７に記載の荷電粒子銃を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のリソグラフィ装置を用いてパターン形成を基板に行う工程と、
前記工程で前記パターン形成を行われた前記基板を処理する工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子源を支持する支持機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化の要求に伴い、それを生産するためのリソグラフィ装置の解像力（例えば解像可能な線幅の微細化）の要求も厳しくなっている。線幅数１０ｎｍ以下の解像力を得るリソグラフィ装置として、電子線リソグラフィ装置が存在する。近年は、特に、マスクを用いずに複数本の電子線でパターンを描画するマルチ電子線リソグラフィ装置の提案がなされている。マルチ電子線リソグラフィ装置の構成の従来例を図７に示す。当該リソグラフィ装置は、ウェハ７０１（基板）を保持して可動のステージ７０２と、電子光学系７００（荷電粒子光学系）とから構成される。電子光学系７００は、電子線を生成する電子銃７０３を備える。また、電子線を複数の電子線に分割するマルチアパーチャアレイ７０４、電子線をコリメートする（集束させる）コリメータレンズ７０５、各電子線のオン／オフ（非ブランキング／ブランキング）を制御（切替え）するためのブランキングアレイ７０６を備える。さらに、ブランキングのため偏向された電子線を遮蔽するストップアパーチャアレイ７０７を含みうる。また、ブランキングされない電子線を基板上で走査するための走査偏向器７０８や、当該電子線を基板上に縮小投影するための投影光学系７０９を備える。
【０００３】
電子銃は、電子源である陰極から放出された電子を加速し、所定のビーム径となるよう電流（電子線）を引き出す装置である。リソグラフィ装置では、大電流もしくは高輝度が必要となるため、電子源の放出電流密度を高くする必要がある。放出電流密度は、電子源温度を高めると増加するが、一方で電子源物質の蒸発速度が増加して寿命が短くなる。また、動作真空度、残留ガス、加速電圧によっても寿命は変化する。いずれにせよ、電子源の劣化は避けられず、その交換が必要となる。
【０００４】
また、電子源による電子の放射位置及び放射方向が変化すると、後側の電子光学系との位置関係により、複数の電子線の特性が不均一となり、描画の誤差や解像力の劣化となりうる。したがって、電子銃における電子源は、劣化による交換と、（少なくとも交換に伴う）位置調整とを行う必要がある。
【０００５】
電子源の交換に関する従来の構成は、特許文献１、２に開示されている。一方、複数の電子源の位置調整に関する従来構成は、特許文献３に開示されている。
【０００６】
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４２３０８６０号公報
【特許文献２】特開２０１０−０７３８７８号公報
【特許文献３】特許第０３９２９８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１および２の構成は、交換された電子源の個別の位置調整ができない。また、特許文献３は、電子源の位置調整機構を開示するものの、当該機構によっては電子源の交換を行うことはできない。
【０００９】
本発明は、例えば、荷電粒子源の交換および位置調整に有利な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の支持機器は、荷電粒子源を交換可能に支持する支持機器であって、前記荷電粒子源を選択的に保持する保持部と、前記荷電粒子源から荷電粒子を放出させる位置に前記荷電粒子源が位置するように前記保持部を位置決めして支持する支持部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えば、荷電粒子源の交換および位置調整に有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るマニピュレータの構成を示す図である。
【図２】マニピュレータの運転工程および交換工程での動作を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタの動作を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る電子銃の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置の構成を示す図である。
【図６】複数の荷電粒子銃モジュールによるエージング動作を示す図である。
【図７】従来のマルチ荷電粒子ビームリソグラフィ装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。
【００１４】
まず、マニピュレータは、２つ以上の剛体リンクと、剛体リンク間を駆動関節によって結合されたリンク機構からなり、先端部に作業に特化したエンドエフェクタを備えたものを意味する。ここで、荷電粒子ビームの照射領域の面積に比較して、荷電粒子源は、放射座標３自由度と放射方向３自由度の、計６自由度を有する物体として表現することができる。放射座標及び放射方向を所望の値に制御するために、マニピュレータは特に好適な機構である。これに対して、従来の構成では、複数の荷電粒子源をテーブル状可動物体に平面状に保持して、移動する。テーブル状物体は、その大きさから、熱応力や、自重などにより、変形の影響を受け易くなる。ビーム照射面積に比較して、テーブル状物体の大きさが同等以上であれば、変形の影響が、ビーム照射位置に悪影響を及ぼす。しかしながら、マニピュレータもテーブル状可動物と同じ原因により変形し得るが、制御対象である荷電粒子源の座標及び姿勢が、各々の目標値に安定化すれば良く、そのように制御することが可能である。
【００１５】
なお、関節の種類、関節の数、リンク機構の数、形状は、本実施形態で採用されているものに限定することなく、同様の効果が得られればよい。また、剛体リンクだけでなく柔軟リンクを含むもマニピュレータであってもよい。また、作業空間の形状によって異なるマニピュレータの型、例えば、直交座標型（ｃａｒｔｅｓｉａｎ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ  ｔｙｐｅ）や円筒座標型（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ  ｔｙｐｅ）であってよい。また、極座標型(ｐｏｌａｒ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ  ｔｙｐｅ)、多関節型（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ  ｔｙｐｅ）などが有るが、これらは限定しない。省スペース及び回転自由度が必要であるため、回転関節を含むマニピュレータである方が望ましい。
【００１６】
（マニピュレータを備えた荷電粒子銃モジュール）
図１は、本実施形態に係る荷電粒子銃モジュール（支持機器）が備えるマニピュレータの構成を示す図である。図１に示すように、マニピュレータの剛体リンク（支持部）は、固定部１００、第１可動子１０１、第２可動子１０２、エンドエフェクタ１０３である。固定部１００に対して、駆動関節は、第１可動軸１０４を中心に回転方向αに回転する第１回転関節と、第２可動軸１０５を中心に回転方向βに回転する第２回転関節と、直動方向γに直動する直動関節と、を含む。各駆動関節は、内部に駆動アクチュエータを含む。なお、荷電粒子への電磁場による偏向誤差を避けるため、電磁力アクチュエータではなく、非磁性であるピエゾ素子を用いたアクチュエータであることが望ましい。例えば、アクチュエータとして、圧電素子を用いてよい。マニピュレータ先端のエンドエフェクタ（保持部）１０３は、荷電粒子源交換モジュール（以降、交換モジュールと呼ぶ）１０６を選択的に保持し、把持および開放することができる把持フィンガ（把持部）を含む。エンドエフェクタ１０３は、２つ以上の把持フィンガから構成され、本実施形態では、フィンガ１１３、１２３、および１３３から構成される。
【００１７】
（運転工程及び交換工程での動作）
図２は、マニピュレータの運転工程および交換工程での動作を示す図である。図２（ａ）に示すマニピュレータの運転工程において、交換モジュール１０６（図２にも記載してください）を把持した状態で、エンドエフェクタを運転位置２００に位置決めする。そして、交換モジュール１０６から荷電粒子ビーム２０１が放射される。
【００１８】
ここで、適切な運転目標位置は、ビーム下流側の荷電粒子光学系（不図示）によって異なる。また、温度分布による熱応力変形や、交換モジュールの劣化状態によって、経時変化する可能性がある。しかしながら、本実施形態の構成では、そのような変動し得る運転目標位置に対しても、マニピュレータによる位置決めによって対応することができる。また、複数の交換モジュールを保持するカートリッジを、運転位置と分離することができるため、運転位置での高温が、カートリッジに伝熱することがない。
【００１９】
次に、図２（ｂ）に示すマニピュレータの交換工程において、マニピュレータの移動により、エンドエフェクタ１０３を運転位置２００から交換位置２０２へ移動し、カートリッジ２０３に使用済みの交換モジュール１０６を載置する。また、マニピュレータの移動により、これから使用する交換モジュール１０６を交換位置２０２において、カートリッジ２０３から交換モジュールを取得する。そして、再び、図２（ａ）の運転位置２００に位置決めをして、荷電粒子ビーム２０１を放射する。
【００２０】
（エンドエフェクタの把持・開放動作）
次に、図３を参照して、エンドエフェクタの把持および開放の動作について説明する。図３（ａ）は、フィンガ位置を開放させた状態（開放機構）を示し、フィンガ１１３〜１３３をそれぞれ矢印の方向に駆動させることで、カートリッジ２０３の交換モジュール１０６を把持する。具体的には、フィンガ１１３および１３３は、交換モジュール１０６を中心に対向する方向（すなわち、Ｘ軸方向）に把持し、フィンガ１２３は、フィンガ１１３および１３３が把持する方向と垂直な方向（すなわち、Ｚ軸方向）に把持する。
【００２１】
図３（ｂ）は、３つのフィンガ１１３〜１３３によって、交換モジュール１０６を把持した状態（把持機構）を示す。図３（ｂ）に示すような状態で、交換モジュール１０６を運転位置２００や交換位置２０２へ移動させる。なお、本実施形態では、図３（ａ）および（ｂ）に示すような構成としているが、これに限定することなく、把持・開放ができる機構であれば、別の構成であってもよい。
【００２２】
（フィンガが把持とエネルギー印加を兼ねる構成）
次に、図４を参照して、荷電粒子線を基板に対して放射するための、図１に示す荷電粒子銃モジュールを備えた荷電粒子銃装置について説明する。フィンガ１１３〜１３３が交換モジュール１０６の機械的把持だけでなく、交換モジュール１０６内の荷電粒子源への、電気的エネルギーおよび熱的エネルギーの印加を兼ねる場合について説明する。この場合、交換モジュール１０６の構造がシンプルとなり、なお望ましい。本実施形態では、交換モジュール１０６の構造を限定しない。本実施形態において、交換モジュール１０６の外形サイズは、直径５［ｍｍ］、長さ１０［ｍｍ］としている。交換モジュール１０６内は、中心に電子源となるカソード（電子源）４００が配置される。カソード４００の形状は、電子を放出させるため、尖端を鋭くしたものが一般的である。カソード４００の材質は、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、ＬａＢ６（六ほう化ランタン）、ＢａＯ（酸化バリウム）などを用いてよい。印加電圧と運転温度は材質によって異なるが、印加電圧の絶対値は１［ｋＶ］以上、運転温度は１０００［Ｋ］以上が一般的である。なお、不要な放電を避けるため、フィンガは、突起の無い滑らかな形状が望ましい。また、表面は、融点が高く、仕事関数が高い導電性物質を用いることが望ましい。
【００２３】
カソード４００とフィンガ接触位置とを電気的に短絡させるため、交換モジュール１０６内に導電領域４０１を予め形成させておく必要がある。交換モジュール１０６の他の領域は、電気的絶縁物質、例えば、ガラス、アルミナセラミックス、プラスチックなどで封止することが望ましい。この構成によれば、機械的把持の検知は、例えば、フィンガ間の電気抵抗の計測により判断することができる。本実施形態では、電気エネルギーを印加するために、フィンガ１１３および１３３が高電圧端子として機能し、熱エネルギーを印加するために、フィンガ１２３が熱印加端子として機能する。
【００２４】
本実施形態では、機械的把持および開放の際に生じる交換モジュール１０６の位置ずれは、マニピュレータによる位置決めで補償することができる。また、この位置補償により、カートリッジ２０３の装置全体に対する位置精度およびカートリッジ２０３に収容された交換モジュール１０６の位置精度を厳しく管理する必要がない。これにより、カートリッジ２０３に収容される交換モジュール１０６の数を増やしてもマニピュレータの作業空間内であれば、位置精度を厳しく管理する必要がない。また、カートリッジ２０３の回収および供給を、手動で行う場合であっても、位置精度を厳しくする必要がない。また、自動でも行う場合であっても、駆動機構は、位置精度を緩和した簡略化した構成にすることができる。
【００２５】
また、交換モジュール１０６の熱膨張による変形は、マニピュレータの位置補償およびフィンガの把持位置を変化させることで補償することができる。図４に示すとおり、電子銃として運転する場合は、予め固定されたウェネルト電極４０２およびアノード４０３と整合する相対位置に交換モジュール１０６を位置決めし、電子ビーム２０１を引き出すことができる。カソード４０２の位置の計測手段については、本実施形態では限定しないが、例えば、電子ビーム２０１の計測によって間接的に行ってもよく、レーザ変位計計測や静電容量計測（不図示）などにより交換モジュールを非接触で計測してもよい。また、図４の構成に限定することはなく、例えば、交換モジュールは、カソード単体であってもよく、カソードだけでなくウェネルト電極やアノードを含んでいてもよい。また、含浸型カソードであってもよい。
【００２６】
（リソグラフィ装置）
次に、図５を参照して、本実施形態に係る荷電粒子銃モジュールを含むリソグラフィ装置の構成について説明する。まず、支持構造体５００に略筒状の荷電粒子光学系５０１が固定される。荷電粒子光学系６０１の内部の構成は、例えば、図７に示す従来の構成と同様の構成であってよい。荷電粒子光学系５０１の一端（ｚ方向端）に、荷電粒子銃モジュール５０２が配置される。また、マニピュレータの作業空間内にカートリッジ２０３が配置される。ウェハ基板５０３は、ウェハｘｙ移動ステージ５０４に保持される。このステージにより、荷電粒子光学系５０１および荷電粒子ビームに対するウェハの相対位置を調整することができる。
【００２７】
前述のとおり、交換モジュール１０６は、リソグラフィ装置として運用を開始した後、荷電粒子源の劣化により、交換の必要が生じる。ここで、荷電粒子源の交換毎に、理想的な目標位置、目標方向に位置決めする必要がある。従来では、リソグラフィ装置全体の運転を停止し、荷電粒子光学系５０１の全体を交換、位置調整を行う必要があった。これに対し、本実施形態であれば、荷電粒子光学系５０１の全体を交換し、位置調整を行う必要はなく、荷電粒子源の交換と位置決めのみを行えばよく、リソグラフィ装置のダウンタイムを最小化することができる。また、荷電粒子源の理想的な目標位置、目標方向は、荷電粒子光学系内部の構成要素の位置ずれ、例えば、組立て時の誤差、運用後の熱応力変形や、機械振動の影響などによっても変化する。このような位置変動に対しても、本実施形態に係る荷電粒子銃モジュール５０２は、マニピュレータの位置決め補償によって対応できるため、有効である。
【００２８】
（１対の荷電粒子銃モジュールによるエージング）
次に、図６を参照して、１対の荷電粒子銃モジュールを備えたリソグラフィ装置について説明する。本実施形態では、１つの荷電粒子光学系に対して、荷電粒子銃モジュールを２つ以上備える場合について説明する。図６に示すように、一方の第１荷電粒子銃モジュール（第１の支持機器）６００によって、運転位置２００において荷電粒子ビーム２０１を照射する運転工程を行う。この時、運転工程と並行して、他方の第２荷電粒子銃モジュール（第２の支持機器）６０１は、次回使用予定の交換モジュールを交換位置２０１において把持し、交換カートリッジ２０３から分離させ、エージング工程を行う。運転中の交換モジュールが寿命に達した際、第１荷電粒子銃モジュール６００を交換位置へ移動させ、使用済み交換モジュールを載置する。
【００２９】
次に、第２荷電粒子銃モジュール６０１を運転位置に移動させ、エージング済みの交換モジュールの運転工程を開始する。また、この時、運転工程と並行して、第１荷電粒子銃モジュール６００は、次回使用予定の交換モジュールについて、エージング工程を開始する。以上の工程を繰り返すことで、交換モジュールのエージングに要する時間を最小化にすることができ、さらに荷電粒子ビームのリソグラフィ装置の稼働率が向上する。また、本実施形態に係るマニピュレータを含む構成により、エージング中の交換モジュールと、その他の交換モジュールを分離することができ、エージング時に印加する熱や高電圧をその他交換モジュールへ伝達することを避けることができる。
【００３０】
以上、本実施形態によれば、電子源のような荷電粒子源を交換可能に支持することができ、交換毎に荷電粒子ビーム出射位置の精密位置決めが可能な支持機器を提供することができる。従って、把持・開放機構により、荷電粒子源の交換が可能となり、マニピュレータにより、交換位置と運転位置との間の移動、運転位置での位置決め、複数荷電粒子源の熱不干渉化が可能となる。なお、本実施形態では、荷電粒子線描画装置などのリソグラフィ装置を例に説明したが、これに限定することなく、荷電粒子線を照射する荷電粒子照射装置にも適用可能である。
【００３１】
（物品の製造方法）
一実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。該製造方法は、物体（例えば、感光剤を表面に有する基板）上に上記のリソグラフィ装置を用いてパターン（例えば潜像パターン）を形成する工程と、該工程でパターン形成された物体を処理する工程（例えば、現像工程）とを含み得る。さらに、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含み得る。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形または変更が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１００  固定部
１０１  第１可動子
１０２  第２可動子
１０３  エンドエフェクタ
１０６  交換モジュール
【図１】
2016139536.tif 000003
【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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