JP2012004415A

JP2012004415A - 荷電粒子ビーム描画装置

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Publication number: JP2012004415A
Application number: JP2010139217A
Authority: JP
Inventors: Takiji Ishimura; 多喜二石村
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: JP5631068B2

Abstract

【課題】描画速度の高速化とメインテナンス性の向上が図られた荷電粒子ビーム描画装置を提供する。
【解決手段】内部を真空雰囲気に保持可能な真空容器１１５と、真空容器１１５の一端に設けられ、荷電粒子を発生させる荷電粒子線源１１６と、真空容器内に設けられ、荷電粒子線源１１６で発生する荷電粒子の軌道を制御する偏向電極１３２と、真空容器外に設けられ、真空容器に対し着脱可能で、偏向電極に電圧を印加する偏向アンプと、真空容器外に設けられ、偏向電極と偏向アンプを電気的に接続するための接続部と、着脱時に偏向アンプを支持し、偏向アンプの着脱を容易にするガイド部と、を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、図形パターンを試料に描画する荷電粒子ビーム描画装置に関する。

半導体デバイスに所望の回路パターンを形成するために、リソグラフィー技術が用いられる。リソグラフィー技術では、マスク（レチクル）と称される原画パターンを使ったパターンの転写が行われる。そして、高精度なレチクルを製造するために、優れた解像度を有する電子ビーム（電子線）描画技術が用いられる。

このような、電子ビーム描画装置では、電子線源（電子銃）で発生させた電子ビームをマスクに照射する際に電子ビームの軌道や照射位置等を電界により制御するための偏向電極を備えている。そして、この偏向電極に電圧を印加するための偏向アンプが備えられている（特許文献１参照）。

電子ビーム描画装置には生産性を向上するために描画速度の高速化が要求される。そして、描画速度の高速化のためには試料上のビーム位置の制定時間の短縮が要求される。また、メインテナンスに要する時間の短縮も生産性の向上に寄与することから、メインテナンス性の向上も同時に要求される。

特開２００７−１４２１００号公報

本発明は、描画速度の高速化とメインテナンス性の向上が図られた荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、内部を真空雰囲気に保持可能な真空容器と、真空容器の一端に設けられ、荷電粒子を発生させる荷電粒子線源と、真空容器内に設けられ、荷電粒子線源で発生する荷電粒子の軌道を制御する偏向電極と、真空容器外に設けられ、真空容器に対し着脱可能で、偏向電極に電圧を印加する偏向アンプと、真空容器外に設けられ、偏向電極と偏向アンプを電気的に接続するための接続部と、着脱時に偏向アンプを支持し、偏向アンプの着脱を容易にするガイド部と、を備えることを特徴とする。

上記態様の荷電粒子ビーム描画装置において、偏向アンプが放熱部材を有することが望ましい。

上記態様の荷電粒子ビーム描画装置において、放熱部材がヒートパイプであることが望ましい。

上記態様の荷電粒子ビーム描画装置において、接続部が真空容器の側壁に設けられ、偏向アンプと偏向電極が真空容器外では電力ケーブルを介さずに接続されることが望ましい。

上記態様の荷電粒子ビーム描画装置において、偏向アンプと偏向電極の距離が２０ｃｍ以下であることが望ましい。

本発明によれば、描画速度の高速化とメインテナンス性の向上が図られた荷電粒子ビーム描画装置を提供することが可能となる。

実施の形態の電子ビーム描画装置の概略構成図である。実施の形態の偏向器部分の鏡筒の伸長方向に垂直な断面図である。実施の形態の偏向器部分の鏡筒の伸長方向に平行な断面図である。実施の形態の偏向器部分の鏡筒の伸長方向に平行な断面の詳細図である。実施の形態の作用・効果の説明図である。実施の形態の作用・効果の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。以下、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。ただし、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでもかまわない。また、実施の形態では電子ビーム描画装置として、可変成型電子ビーム描画装置を例に説明する。

また、本明細書中「電力ケーブル」とは、導電性のケーブルを意味し、例えば同軸ケーブルや銅線等である。

実施の形態の荷電粒子ビーム描画装置は、内部を真空雰囲気に保持可能な真空容器と、真空容器の一端に設けられ、荷電粒子を発生させる荷電粒子線源と、真空容器内に設けられ、荷電粒子線源で発生する荷電粒子の軌道、照射位置等を制御する偏向電極と、真空容器外に設けられ、真空容器に対し着脱可能で、偏向電極に電圧を印加する偏向アンプと、真空容器外に設けられ、偏向電極と偏向アンプを電気的に接続するための接続部と、着脱時に偏向アンプを支持し、偏向アンプの着脱を容易にするガイド部と、を備える。

以下、上述のように荷電粒子ビーム描画装置として電子ビーム描画装置を例に説明する。したがって、荷電粒子は電子であり、荷電粒子線源は電子線源（電子銃）であるる。

本実施の形態の荷電粒子ビーム描画装置は、上記の構成を備えることで、偏向電極と偏向アンプとの距離を近づけることが可能になる。したがって、電力ケーブル両端でのインピーダンスの不整合に起因するリンギングを抑制し、ビーム位置の制定時間を短縮することが可能である。また、偏向アンプを容易に着脱可能とすることで、メインテナンス性を向上させることが可能になる。したがって、荷電粒子ビーム描画装置の生産性の向上が実現される。

図１は、本実施の形態の電子ビーム描画装置の概略構成図である。電子ビーム描画装置１００は、荷電粒子ビーム描画装置の一例である。電子ビーム描画装置１００は、描画部１０２と、この描画部１０２の描画動作を制御する制御部１０４から構成されている。電子ビーム描画装置１００は、試料１１０に所定のパターンを描画する。

描画部１０２の試料室１０８内に試料１１０を載置するステージ１１２が収容されている。ステージ１１２は、制御部１０４によって、Ｘ方向（紙面左右方向）、Ｙ方向（紙面表裏方向）およびＺ方向に駆動される。試料１１０として、例えば、半導体装置が形成されるウェハにパターンを転写する露光用のマスクがある。また、このマスクには、例えば、まだ何もパターンが形成されていないマスクブランクスが含まれる。

試料室１０８の上方には、鏡筒１１４に納められて電子ビーム光学系が設置されている。電子ビーム光学系は、内部を真空雰囲気に保持可能な真空容器１１５、真空容器１１５の一端（図１では上端）に設けられ電子を発生させる電子銃１１６、例えば励磁コイルで構成される各種電子レンズ１１８、１２０、１２２、１２４、１２６、ブランキング用偏向器１２８、ビーム寸法可変用偏向器１３０、ビーム走査用の主偏向器１３２、ビーム走査用の副偏向器１３４、及び可変成形ビームで描画するための、ビーム成形用の第１のアパーチャ１３６、第２のアパーチャ１３８などから構成されている。

また、上記、ブランキング用偏向器１２８、ビーム寸法可変用偏向器１３０、ビーム走査用の主偏向器１３２、ビーム走査用の副偏向器１３４のそれぞれが、真空容器１１５内に設けられ、電子銃１１６で発生する電子の軌道、照射位置等を制御する偏向電極を備えている。さらに、電子ビーム光学系は、真空容器１１５外に設けられ、真空容器１１５に対し着脱可能で、上記、ブランキング用偏向器１２８、ビーム寸法可変用偏向器１３０、ビーム走査用の主偏向器１３２、ビーム走査用の副偏向器１３４のそれぞれに、電圧を印加する偏向アンプ２２８、２３０、２３２、２３４を備えている。

制御部１０４は、例えば、描画データを記憶する記憶部、描画データからショットデータを生成するショットデータ生成部、制御回路等を備える。そして、制御部１０４は、各種電子レンズ１１８、１２０、１２２、１２４、１２６、偏向アンプ２２８、２３０、２３２、２３４を制御する。

図２は、本実施の形態の偏向器部分の鏡筒の伸長方向に垂直な断面図である。ここでは、ビーム走査用の主偏向器１３２部分の断面を例に説明する。図１に示すように、電子ビーム描画装置は、真空容器１１５内に８つの主偏向器１３２を備えている。そして、主偏向器１３２は偏向電極１３２ａを有する。また、各主偏向器１３２に対応する偏向アンプ２３２が、真空容器１１５外、かつ、少なくとも一部が鏡筒１１４内に備えられている。

さらに、真空容器１１５外に設けられ、偏向電極１３２ａと偏向アンプ２３２を電気的に接続するための接続部２５０が、真空容器１１５の側壁に設けられている。また、偏向電極１３２ａと接続部２５０は、真空容器１１５内では例えば同軸ケーブルの電力ケーブル１３２ｂで接続される。もっとも、偏向アンプ２３２と偏向電極１３２ａとは、真空容器１１５外では電力ケーブルを介さずに接続される。

図２に示すように、偏向アンプ２３２は、真空容器１１５外に設けられ、真空容器１１５に対し着脱可能となっている。接続部２５０は、例えば、真空容器１１５の側壁に設けられる真空容器側コネクタ２５０ａと、偏向アンプ側コネクタ２５０ｂで構成される。接続部２５０における電気的接続は、このようにコネクタによっても良いし、例えば、スプリングピン等を用いても構わない。また、偏向アンプは鏡筒内の省スペースのため、薄型で細長い形状とすることが望ましい。

図３は、本実施の形態の偏向器部分の鏡筒の伸長方向に平行な断面図である。ここでは図２同様、ビーム走査用の主偏向器１３２部分の断面を例に説明する。図３（ａ）は偏向アンプを真空容器に取り付けた状態、図３（ｂ）は偏向アンプを真空容器から取り外した状態を示す。

図３に示すように、電子ビーム描画装置は、着脱時に偏向アンプ２３２を支持し、偏向アンプ２３２の着脱を容易にするガイド部２６０を備えている。ガイド部２６０は偏向アンプ２３２を取り付ける際に、偏向アンプ２３２を導き、例えば、偏向アンプを押し込むだけで、真空容器側コネクタ２５０ａと偏向アンプ側コネクタ２５０ｂとが接続されるように構成される。いわゆる、スロットイン方式の構成になっている。偏向アンプ２３２を取りはずす際も、ガイド部２６０が偏向アンプ２３２を支持するため、偏向アンプ２３２を容易に引き抜くことが可能になる。

ガイド部２６０は、例えば、平板状、レール状であってもその他の形状であっても構わない。材質は、金属であっても、樹脂であっても構わない。また、必要に応じ偏向アンプの底面部側、上面部側、側面部側等の所望の位置に設ければ良い。また、ガイド部２６０は、鏡筒１１４に固定されるものであっても、真空容器１１５に固定されるものであっても、その両方に固定されるものであっても構わない。

なお、真空容器１１５に対し着脱可能な偏向アンプ２３２は、例えば、同軸ケーブルである電力ケーブル２７０によって、制御部１０４（図１）に接続され、この電力ケーブル２７０から制御信号が偏向アンプ２３２に入力される。

図４は、本実施の形態の偏向器部分の鏡筒の伸長方向に平行な断面の詳細図である。偏向アンプ２３２は、半導体やダイオード等の電子部品３０２が実装されるプリント基板等の回路基板３０４を備える。この回路基板３０４上には少なくとも偏向器１３２に与える信号を増幅するアナログの増幅回路（アンプ回路）が形成されている。回路基板３０４上に増幅回路の前段のデジタルアナログコンバーター（ＤＡＣ）回路が形成されていても構わない。

少なくとも、回路基板３０４部分はシールドケース３０６内に納められている。このシールドケース３０６は、外部の電場や磁場が偏向アンプの動作に影響することを防止するものであり、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属で形成される。シールドケース３０６の真空容器１１５側には偏向アンプ側コネクタ２５０ｂが設けられている。また、その反対側には、電力ケーブル２７０の取り出し部とフロントパネル３０８が設けられる。

上述のように、電子ビーム描画装置は、着脱時に偏向アンプ２３２を支持し、偏向アンプ２３２の着脱を容易にするガイド部２６０を備えている。ここでは、ガイド部２６０は、鏡筒１１４と真空容器１１５の両方に固定される。

また、偏向アンプ２３２が、回路基板３０４上の電子部品で発生した熱を放熱するための放熱部材３１０を有している。放熱部材３１０は、回路基板３０４またはシールドケースに直接または間接的に面的に密着している。放熱部材３１０は鏡筒１１４外に設けられる冷却器３１２に効率良く熱を伝導するため、面方向すなわち面に垂直な方向（図４の水平方向）の熱伝導性の高い材料であることが望ましい。例えば、ヒートパイプやグラファイトシート等を用いることができ、特にヒートパイプは熱伝導性が高いため好適である。また、放熱部材３１０は鏡筒内の省スペースのため、薄型形状とすることが望ましい。

なお、冷却器３１２は冷却水の循環により、放熱部材３１０によって伝えられる熱を放熱する。例えば、冷却器３１２と放熱部材３１０の密着性を高める機構、例えば、上下から冷却器３１２と放熱部材３１０を押さえつける機構等を設けることが好ましい。

図１ないし図４では、実施の形態を説明する上で、必要な構成部分以外については記載を省略している。電子ビーム描画装置にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わないことは言うまでもない。

図５および図６は本実施の形態の作用・効果の説明図である。図５に示すように、電子銃から放出される電子ビームは、偏向アンプによって偏向電極に印加される電圧で偏向電極間の電界を制御することで、偏向制御される。これにより、試料上での電子ビームの位置を所望の位置に変化させる。

もっとも、例えば、電子ビームの位置を、位置１から位置２に変化させる場合、位置が安定するまでの制定時間が必要となる。この制定時間は、偏向アンプから偏向電極の距離に依存する。

図６は、偏向アンプから偏向電極の距離と制定時間の関係を説明する図である。図６（ａ）が偏向アンプから偏向電極の距離が比較的長い場合、図６（ｂ）が偏向アンプから偏向電極の距離が比較的短い場合である。

例えば、偏向アンプと偏向電極の間が同軸ケーブルで接続されているとすると、同軸ケーブルの両端でインピーダンスの不整合のために反射を起こしてリンギングが発生し、図６（ａ）のように位置１から位置２に安定するまでの制定時間が長くなる。これに対し、同軸ケーブルの長さが十分に短い場合はリンギングが抑制され、図６（ｂ）に示すように制定時間が短くなる。

描画速度の高速化のためには、位置が安定するまでの制定時間を１０ｎｓ程度にすることが要求される。例えば、偏向アンプの伝達特性が一次遅れである場合、制定時間ｔ_ｓ、誤差率ｒ_ｅ、および立ち上がり時間ｔ_ｒの関係は、
ｔ_ｒ＝２．２・ｔ_ｓ／（−ｌｎ（ｒ_ｅ））・・・（式１）
で表わされる。

ここで、ｔ_ｓ＝１０ｎｓ、ｒ_ｅ＝０．０１％とした場合、ｔ_ｒ＝２．４ｎｓとなる。同軸ケーブル遅延時間が立ち上がり時間ｔ_ｒの１／２を超えると反射が顕著になる。したがって、同軸ケーブルの絶縁体の比誘電率等で決まる波長短縮率が６７％の同軸ケーブルを用いた場合、許容される同軸ケーブルの長さは２４ｃｍ以下となる。

したがって、１０ｎｓ程度の制定時間を実現するためには、偏向アンプから偏向電極の距離が各種マージンを考慮すると２０ｃｍ以下であることが望ましく、１０ｃｍ以下であることがより望ましい。

本実施の形態によれば、偏向アンプと偏向電極が真空容器外では電力ケーブルを介さずに接続されることで、偏向アンプから偏向電極の距離の短縮を実現することが容易になる。

なお、偏向アンプから偏向電極までの距離とは、厳密には、偏向アンプ内の増幅回路の出力端子から偏向電極端部までの電気的配線の距離である。

一般に鏡筒内は、例えば、電子レンズの励磁コイル等の多数の部品が真空容器に接して配置される。このため、偏向アンプから偏向電極の距離を短くするために偏向アンプを真空容器に接して設けようとしても、偏向アンプをメインテナンスするために簡便に取り外すための空間的余裕をとることは困難である。したがって、メインテナンスのたびに鏡筒を分解し、鏡筒内の部品を取り外して組み直す等の作業が生じ、生産性が落ちることになる。本実施の形態によれば、例えばスロットイン方式の着脱式の偏向アンプとすることで、偏向アンプのメインテナンスが容易になり生産性が向上する。

また、本実施の形態では、着脱式の偏向アンプに放熱部材を組み込んでいる。このため、偏向アンプの挿入状態に依存せず良好な放熱を可能にする。偏向アンプに放熱部材を組み込まない場合、挿入される偏向アンプを鏡筒内に設けられた冷却器あるいは放熱部材に接触させることで放熱性を確保することになる。しかし、例えば、挿入される偏向アンプが少し傾いただけで、冷却器や放熱部材への十分な面接触が確保できなくなる。

また、空間的な余裕のない鏡筒内で偏向アンプを挿入した状態で、偏向アンプを冷却器や放熱部材に確実に面接触させて熱伝導性を確保する機構を設けることは困難である。本実施の形態によれば、偏向アンプに組み込まれた放熱部材で鏡筒外に熱を伝導させ、空間的に余裕のある鏡筒外で冷却器に接触させるため確実な面接触を確保することが容易になる。

さらに、冷却器を鏡筒外に設ける構成とすることで、鏡筒内の省スペース化も実現される。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

例えば、実施の形態では、偏向アンプが放熱部材を有するものとして記述した。上述のように放熱特性を向上させるためには、この形態が望ましいが、放熱部材が偏向アンプに組み込まれていない構成であっても、荷電粒子ビーム描画装置の描画速度の高速化とメインテナンス性の向上の実現は可能である。

また、例えば、実施の形態では、接続部が真空容器の側壁に設けられ、偏向アンプと偏向電極が真空容器外では電力ケーブルを介さずに接続されるものとして記述した。上述のように、偏向アンプから偏向電極の距離の短縮を実現するためにはこの形態が望ましいが、接続部を側壁から離す、または、間に電力ケーブルを介する形態であったとしても、所望の制定時間を実現するに十分な距離が実現できれば、荷電粒子ビーム描画装置の描画速度の高速化とメインテナンス性の向上の実現は可能である。

また、鏡筒に関しては、必ずしも一体型の筐体である必要はなく、単に真空容器の回りに取り付けられた部材の外形を意味するものと解しても構わない。

また、基板としてマスクを例に説明したが、半導体ウェハを基板とし、ウェハ上に電子ビームで直接パターンを描画する場合にも本発明を適用することが可能である。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム描画装置は、本発明の範囲に包含される。

１００電子ビーム描画装置
１０２描画部
１０４制御部
１０６記憶部
１１４鏡筒
１１５真空容器
１１６電子銃
１３２偏向器
１３２ａ偏向電極
１３２ｂ電力ケーブル
２３２偏向アンプ
２５０接続部
２６０ガイド部
２７０電力ケーブル

Claims

内部を真空雰囲気に保持可能な真空容器と、
前記真空容器の一端に設けられ、荷電粒子を発生させる荷電粒子線源と、
前記真空容器内に設けられ、前記荷電粒子線源で発生する荷電粒子の軌道を制御する偏向電極と、
前記真空容器外に設けられ、前記真空容器に対し着脱可能で、前記偏向電極に電圧を印加する偏向アンプと、
前記真空容器外に設けられ、前記偏向電極と前記偏向アンプを電気的に接続するための接続部と、
着脱時に前記偏向アンプを支持し、前記偏向アンプの着脱を容易にするガイド部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
前記偏向アンプが放熱部材を有することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置。
前記放熱部材がヒートパイプであることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子ビーム描画装置。
前記接続部が前記真空容器の側壁に設けられ、前記偏向アンプと前記偏向電極が前記真空容器外では電力ケーブルを介さずに接続されることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の荷電粒子ビーム描画装置。
前記偏向アンプと前記偏向電極の距離が２０ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の荷電粒子ビーム描画装置。