JP2010056390A

JP2010056390A - 荷電ビーム描画装置及び荷電ビーム描画装置の設計方法

Info

Publication number: JP2010056390A
Application number: JP2008221437A
Authority: JP
Inventors: Shuichiro Fukutome; 周一郎福留
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-03-11

Abstract

【課題】大気圧変動に伴う筐体の非対称変形によって荷電粒子光学鏡筒が傾くことを抑制し、高精度な描画が可能な荷電ビーム描画装置を提供すること。
【解決手段】試料１３を載置するＸＹステージ１４を内部に有し、水平方向の断面形状が正方形の筐体１２と、この筐体１２の天板の中心に配置され、電子ビームを試料１３に照射する電子光学鏡筒２４と、筐体１２の側面に形成され、ＸＹステージ１４のＸ方向の位置を計測する第１のレーザ干渉計１６を内部に有する第１のチャンバ１７と、この第１のチャンバ１７が形成された側面に対して垂直な筐体１２の他の側面に形成され、ＸＹステージ１４のＹ方向の位置を計測する第２のレーザ干渉計１９を内部に有する第２のチャンバ２０と、を具備することを特徴とする電子ビーム描画装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、荷電ビーム描画装置に関するものである。

半導体デバイスの微細化に伴い、ＬＳＩ等のマスクパターンの微細化が要求されている。この微細なマスクパターンの形成には、優れた解像度を有する電子ビーム描画装置が利用されている。

従来の電子ビーム描画装置は、パターンが描画される試料を載置するＸＹステージと、このＸＹステージを格納する筐体と、この筐体の天板に配置され、電子ビームを射出する電子ビーム発生源及び、試料上の所望の位置に所望のパターンを描画するために電子ビームを形成する電子ビーム制御系を有する電子光学鏡筒とを有している。この構成において、ＸＹステージの位置を測定するレーザ干渉計は、空気のゆらぎによる測定精度の劣化を抑制するため、通常は真空状態である筐体の内部に形成されている。（例えば、特許文献１、２等を参照）。

この電子ビーム描画装置は、筐体内部のレーザ干渉計を用いてＸＹステージの位置を測定する一方で、電子光学鏡筒内部で所望の形状に成形され、所望の位置に照射されるよう制御された電子ビームを試料に照射することで、所望のパターンを描画することができる。
特開平８−２２７８４０号公報（図４）特開平５−１４４７１１号公報（図１）

しかし、上述の電子ビーム描画装置において、筐体は内部にレーザ干渉計を有するため、通常は、試料を載置するＸＹステージは筐体の中央からずれた位置に配置される。また、筐体の側面の一面にはＸＹステージを出し入れする比較的大きな開口を有している。このように、レーザ干渉計及びＸＹステージを含めた上述の筐体の形状は、非対称な構造になっている。

また、上述の電子ビーム描画装置は、電子ビームを効率良く発生させる為、その筐体内部は真空に保たれ、大気圧である筐体外部との気圧差により筐体は変形する。このとき、筐体は上述のように非対称な構造であるため、気圧差による変形も筐体の非対称構造に応じて非対称に変形する。このため、例えば台風の通過時などの大気圧の大きな変動があった場合、この変動に応じて、電子光学鏡筒が形成される筐体の天板も非対称に変形し、電子光学鏡筒が傾く。このように電子光学鏡筒が傾いた場合、描画精度が劣化するという問題がある。

なお、上述した問題は、電子ビーム描画装置に限るものではなく、電子ビームやイオンビーム等を含む荷電ビーム描画装置においても同様であり、大気圧変動に伴う筐体の非対称変形によって荷電粒子光学鏡筒が傾くため、描画精度が劣化するという問題がある。

そこで、本発明は、大気圧変動に伴う筐体の非対称変形によって荷電粒子光学鏡筒が傾くことを抑制し、高精度な描画が可能な荷電ビーム描画装置を提供することを目的とする。また、その設計方法を提供することを目的とする。

本発明による荷電ビーム描画装置は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、試料を載置するＸＹステージを内部に有し、水平方向の断面形状が点対称である筐体と、この筐体の天板の中心に配置され、荷電ビームを前記試料に照射する荷電粒子光学鏡筒と、この筐体の側面に形成され、前記ＸＹステージのＸ方向の位置を計測する第１のレーザ干渉計を内部に有する第１のチャンバと、この第１のチャンバが形成された前記側面に対して垂直な前記筐体の他の側面に形成され、前記ＸＹステージのＹ方向の位置を計測する第２のレーザ干渉計を内部に有する第２のチャンバと、を具備することを特徴とするものである。

ここで、本発明による荷電ビーム描画装置の筐体の断面形状は、円、若しくは多角形であることが好ましい。

また、本発明による荷電ビーム描画装置の設計方法は、少なくとも、内部に試料を載置するＸＹステージを有する筐体及び、荷電ビームを前記試料に照射する荷電粒子光学鏡筒を有する荷電ビーム描画装置の設計方法であって、前記筐体の天板の大気圧変化による変形を解析し、この解析に基づいて、前記荷電粒子光学鏡筒を、前記筐体の天板の傾きが最も少ない位置に配置することを特徴とする方法である。

また、本発明による荷電ビーム描画装置の設計方法において、前記筐体は、この筐体の側面に、前記ＸＹステージのＸ方向の位置を計測する第１のレーザ干渉計を内部に有する第１のチャンバが形成され、かつ、この第１のチャンバが形成された側面に対して垂直な他の側面に、前記ＸＹステージのＹ方向の位置を計測する第２のレーザ干渉計を内部に有する第２のチャンバが形成されているものであることを特徴とする方法である。

また、本発明による荷電ビーム描画装置の設計方法における筐体の解析は、有限要素法により行われることを特徴とする方法である。

本発明による荷電ビーム描画装置及びその製造方法によれば、大気圧変動に伴う筐体の非対称変形によって荷電粒子光学鏡筒が傾くことを抑制することができ、高精度な描画が可能な荷電ビーム描画装置及びその製造方法を提供することができる。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態においては、荷電ビーム描画装置の一例として、電子ビーム描画装置を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の構成を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。なお、図１においては一部省略しており、また、図１、図２においては、後述する電子ビーム制御系や、装置内部の温度を制御する温度制御系などの制御系は、省略して示している。

図１、図２に示すように、本実施形態の電子ビーム描画装置１１において、筐体１２は、水平方向の断面形状が正方形であり、内部に試料１３を載置するＸＹステージ１４を有している。

この筐体１２の側面の一面には、レーザ光が通過する第１の開口１５が形成されており、この第１の開口１５を覆うように、ＸＹステージ１４のＸ方向の位置を測定する第１のレーザ干渉計１６を内部に有する第１のチャンバ１７が形成されている。同様に、第１のチャンバ１７が形成された側面に対して垂直な筐体１２の側面の他の一面にも、レーザ光が通過する第２の開口１８が形成されており、この第２の開口１８を覆うように、ＸＹステージ１４のＹ方向の位置を測定する第２のレーザ干渉計１９を内部に有する第２のチャンバ２０が形成されている。また、第１、第２の開口１５、１８が形成されていない筐体１２の側面の一面には、ＸＹステージ１４を出し入れする第３の開口２１が形成されている。この第３の開口２１は、この開口２１による筐体１２の変形を抑制するために両側部に補強材２２が形成されており、通常は第３の開口２１の下辺を軸に開閉する扉２３によって筐体１２内部を密閉している。なお、上述の第１、第２のチャンバ１７、２０には、上面に、内部の第１、第２のレーザ干渉計１６、１９を搬入、搬出可能な搬出口（図示せず）が設けられている。この搬出口も、第３の開口と同様に、レーザ干渉計１６、１９の出し入れを行うとき以外は扉（図示せず）で密閉されている。

さらに、筐体１２の天板には、電子光学鏡筒２４が配置される。ここで、電子光学鏡筒２４は、この中心軸が天板の中心を通りかつ、天板に対して垂直になるように配置されている。このように配置された電子光学鏡筒２４は、電子ビームの発生源である電子銃（図示せず）及び、電子銃から出射された電子ビームを所望の形状、位置に制御する電子ビーム制御系（図示せず）を内部に有するものである。ここで、電子ビーム制御系は、例えば、コイル状の電磁レンズや、方形の開口または鍵穴形状の開口を有する第１、第２のアパーチャー等によって構成されるものである。

また、筐体１２の外部には、第１、第２のレーザ干渉計１６、１９にそれぞれレーザ光を照射するレーザ発生源２５、２６及び、第１、第２のレーザ干渉計１６、１９による干渉光を受光するレシーバ２７、２８が設けられている。

このような電子ビーム描画装置１１は、試料１３を載置したＸＹステージ１４を移動させ、レーザ干渉計１６、１９によってＸＹステージ１４のＸ方向、Ｙ方向の位置を測定することで、電子ビームの照射位置を定め、この定められた試料１３上の位置に電子ビームが照射される。これを、所望のパターンが得られるように繰り返すことで、試料１３上にパターンが描画される。

ここで、ＸＹステージ１４のＸ方向の位置の測定は、例えば次のように行われる。すなわち、レーザ発生源２５から出射されたレーザ光は、第１のレーザ干渉計１６で分割される。分割されたレーザ光の一方は、第１の開口１５を通過してＸＹステージ１４に進行する。一方、分割されたレーザ光の他方は、第１のレーザ干渉計１６内のミラー（図示せず）に進行する。これら進行したレーザ光は、それぞれＸＹステージ１４またはミラーで反射されて第１のレーザ干渉計１６に戻り、この干渉計１６において干渉する。この干渉したレーザ光をレシーバ２７で受光し、干渉縞を観測することで、ＸＹステージ１４の位置が測定される。ＸＹステージ１４のＹ方向の位置の測定も、同様に行われる。

また、試料１３に照射される電子ビームは、電子光学鏡筒２４の内部で、電子銃（図示せず）から出射された電子ビームを、電磁レンズで偏向させながら第１、第２のアパーチャーが有する各開口の所望の位置を通過させることで形成し、他の電磁レンズで試料１２上の所望の位置に偏向することで行われる。

次に、上述の電子ビーム描画装置１１の設計方法について、図３を参照して説明する。なお、ここでは、筐体１２の天板に電子光学鏡筒２４を配置する方法について説明し、これ以外については一般的な方法で設計されるため、説明を省略する。

図３は、筐体１２の天板に電子光学鏡筒２４を配置する手順を示すフローチャートである。

図３に示すように、まず、試料１３が載置されるＸＹステージ１４を内部に有し、側面に第１、第２のレーザ干渉計１６、１９をそれぞれ内部に有する第１のチャンバ１７及び第２のチャンバ２０が形成された筐体１２の大気圧による変動について、例えば、有限要素法を用いて解析する（Ｓ１０１）。ここで、有限要素法とは、構造解析の一般的な手法である。すなわち、複雑な形状や性質を持つ物体を単純化するまで小さく微小要素に分割し、それぞれの微小要素の計算結果を足し合わせることで全体の挙動を近似値として求めようとする手法のことである。なお、この解析は、筐体１２内に配置されるＸＹステージ１４、側面に形成される第１、第２のチャンバ１７、２０及び第３の開口２１等、実際の装置に酷似した筐体１２を解析することが望ましいが、要求される描画精度及び解析時間に応じて、適宜設定して解析を行えばよい。

次に、上述の解析の結果、大気圧の変動によって変形する天板の傾きが最も少ない位置を検出し（Ｓ１０２）、そこに電子光学鏡筒２４を配置する。上述の電子ビーム描画装置１１の場合、水平方向の断面形状が正方形の筐体１２であるため、検出される天板の最も変動の少ない位置は、天板の中心であり、電子光学鏡筒１５の中心軸がこの天板の中心を通りかつ、天板に対して垂直になるように電子光学鏡筒１５を配置する。

以上のようにして、本発明の実施形態による電子ビーム描画装置１１が形成される。

このような電子ビーム描画装置１１は、大気圧変動によって筐体１２が変形しても、電子光学鏡筒２４は、大気圧の変動に伴う天板の傾きが最も少ない位置に配置されるため、電子光学鏡筒２４の傾きを抑制することができる。従って、大気圧変動による電子ビームの照射位置のずれを抑制することができ、高精度な描画を実現することが可能となる。また、このような高精度な描画を実現できる描画装置を設計することが可能となる。

また、上述の電子ビーム描画装置１１において、第１、第２のチャンバ１７、２０の上面に、第１、第２のレーザ干渉計１６、１９をそれぞれ搬入、搬出可能な搬出口を設けたことにより、第１、第２のレーザ干渉計１６、１９のメンテナンスを容易に行うことが可能である。

以上に、本実施形態による電子ビーム描画装置及び、その設計方法について説明した。しかし、本発明は、上述した電子ビーム描画装置に限定されるものではなく、様々に適用可能である。

例えば、上述の電子ビーム描画装置１１において、筐体１２の水平方向の断面形状は正方形であったが、筐体１２の断面形状は、点対称形状であればよい。ここで筐体の点対称形状とは、筐体を垂直中心軸まわりに１８０°回転させたときに、回転前の形状に一致する形状をいい、本発明においては、上述の正方形の他に、円、若しくは長方形、正六角形等が好ましい。しかし、筐体の点対称形状は、完全な点対称形状でなくても、電子光学鏡筒２４の傾きが要求される描画精度を達成できる程度のごく微小（例えば、１０ｎｒａｄ/ｈＰａ程度）であればよく、このような場合の筐体１２の断面形状も含む。

また、上述の電子ビーム描画装置１１においては、ＸＹステージ１４の位置の測定に用いた第１、第２のレーザ干渉計１６、１９は、筐体１２の外部にあったが、これらのレーザ干渉計１６、１９を筐体１２の内部に有する構造であってもよい。この場合、これらのレーザ干渉計１６、１９を含めた筐体１２の対称性は崩されるが、上述と同様の解析を行い、この解析結果で得られた天板の傾きが最も少ない位置に、電子光学鏡筒２４を配置すればよい。

また、上述の電子ビーム描画装置１１において、第３の開口２１には、この開口２１の下辺を軸に開閉する扉２３を設けることで筐体１２の対称性の劣化を抑制していたが、本発明において、扉は上述の扉２３に限定されるものではない。筐体１２の対称性を劣化させる扉を設けた場合であっても、上述と同様の解析を行い、この解析結果で得られた天板の傾きが最も少ない位置に、電子光学鏡筒２４を配置すればよい。

また、本発明は、電子ビーム描画装置に限らず、例えばイオンビーム照射装置などを含む、荷電粒子光学鏡筒を有する荷電ビーム照射装置全てにおいて適用することができる。ここで荷電粒子光学鏡筒とは、試料に照射する荷電ビームの発生源及び、この発生源から出射した荷電ビームを所望の形状に形成する荷電ビーム制御系を有するものである。

本発明による電子ビーム描画装置を示す斜視図である。図１の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。本発明による電子ビーム描画装置の製造方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１１・・・電子ビーム描画装置、１２・・・筐体、１３・・・試料、１４・・・ＸＹステージ、１５・・・第１の開口、１６・・・第１のレーザ干渉計、１７・・・第１のチャンバ、１８・・・第２の開口、１９・・・第２のレーザ干渉計、２０・・・第２のチャンバ、２１・・・第３の開口、２２・・・補強材、２３・・・扉、２４・・・電子光学鏡筒、２５、２６・・・レーザ発生源、２７、２８・・・レシーバ。

Claims

試料を載置するＸＹステージを内部に有し、水平方向の断面形状が点対称である筐体と、
この筐体の天板の中心に配置され、荷電ビームを前記試料に照射する荷電粒子光学鏡筒と、
この筐体の側面に形成され、前記ＸＹステージのＸ方向の位置を計測する第１のレーザ干渉計を内部に有する第１のチャンバと、
この第１のチャンバが形成された前記側面に対して垂直な前記筐体の他の側面に形成され、前記ＸＹステージのＹ方向の位置を計測する第２のレーザ干渉計を内部に有する第２のチャンバと、
を具備することを特徴とする荷電ビーム描画装置。
前記筐体の断面形状は、円、若しくは多角形であることを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム描画装置。
少なくとも、内部に試料を載置するＸＹステージを有する筐体及び、荷電ビームを前記試料に照射する荷電粒子光学鏡筒を有する荷電ビーム描画装置の設計方法であって、
前記筐体の天板の大気圧変化による変形を解析し、
この解析に基づいて、前記荷電粒子光学鏡筒を、前記筐体の天板の傾きが最も少ない位置に配置することを特徴とする荷電ビーム描画装置の設計方法。
前記筐体は、
この筐体の側面に、前記ＸＹステージのＸ方向の位置を計測する第１のレーザ干渉計を内部に有する第１のチャンバが形成され、かつ、この第１のチャンバが形成された側面に対して垂直な他の側面に、前記ＸＹステージのＹ方向の位置を計測する第２のレーザ干渉計を内部に有する第２のチャンバが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の荷電ビーム描画装置の設計方法。
前記解析は、有限要素法により行われることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の荷電ビーム描画装置の設計方法。