JP2014229841A - 描画装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子線の入射により生じるアパーチャアレイ部材の不均一な変形を低減するのに有利な描画装置を提供する。【解決手段】複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であって、前記複数の荷電粒子線を生成するための複数の第１開口が形成されたアパーチャアレイ部材と、前記アパーチャアレイ部材の複数の領域に個別に電位を付与する付与部と、を有し、前記複数の領域のそれぞれは、前記複数の第１開口のうち少なくとも１つの開口に対応する、ことを特徴とする描画装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、描画装置及び物品の製造方法に関する。

荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置として、１つの荷電粒子線ごとに荷電粒子光学系を備える描画装置が提案されている（特許文献１参照）。このような描画装置は、荷電粒子光学系が個別に存在しているため、複数の荷電粒子線の全てが集束するクロスオーバーを形成しない。従って、空間電荷効果（クーロン効果）の影響が小さいため、荷電粒子線の数を増やして描画時の照射電流を増加させる（即ち、スループットを向上させる）のに有利である。

一方、高スループットを得るために照射電流を増加させることは、複数の荷電粒子線を生成するアパーチャアレイ部材に入射する電流量の増大も引き起こす。アパーチャアレイ部材に入射する電子エネルギーの大半は一般に熱となるため、高スループットを得るために照射電流を増加させる場合、当該熱が問題となりうる。そこで、アパーチャアレイ部材を複数段構成することにより、アパーチャアレイ部材１つあたりに生じる当該熱を低減する技術が提案されている（特許文献２参照）。

特開平９−７５３８号公報 特開２００６−１４０２６７号公報

しかしながら、荷電粒子線の照射のむらやアパーチャアレイ部材の開口におけるハイドロカーボンの付着に起因する開口率の低下によって、荷電粒子線の最終的な形状を決定するアパーチャアレイ部材に生じる熱量（熱密度）が不均一になってしまう。これは、アパーチャアレイを複数段構成する場合においても同様である。このような熱量の不均一性は、アパーチャアレイ部材において不均一な熱膨張による不均一な変形（開口位置の不均一な変化を含む）を引き起こしてしまう。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、荷電粒子線の入射により生じるアパーチャアレイ部材の不均一な変形を低減するのに有利な描画装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての描画装置は、複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であって、前記複数の荷電粒子線を生成するための複数の第１開口が形成されたアパーチャアレイ部材と、前記アパーチャアレイ部材の複数の領域に個別に電位を付与する付与部と、を有し、前記複数の領域のそれぞれは、前記複数の第１開口のうち少なくとも１つの開口に対応する、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、荷電粒子線の入射により生じるアパーチャアレイ部材の不均一な変形を低減するのに有利な描画装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における描画装置の構成を示す概略図である。 図１に示す描画装置の第２アパーチャアレイの構成を詳細に説明するための図である。 本発明の第２の実施形態における描画装置の構成を示す概略図である。 図３に示す描画装置の第１シールド電極及び第２シールド電極を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における描画装置１００の構成を示す概略図である。描画装置１００は、複数の荷電粒子線で基板に描画を行う（即ち、基板にパターンを描画する）リソグラフィ装置である。ここで、荷電粒子線は、電子線に限定されるものではなく、例えば、イオンビームなどであってもよい。

描画装置１００は、荷電粒子源１と、コリメータレンズ２と、第１アパーチャアレイ５と、第２アパーチャアレイ６と、集束レンズアレイ８と、ブランカーアレイ９と、荷電粒子レンズ１０とを有する。また、描画装置１００は、ストップアパーチャアレイ１１と、荷電粒子レンズ１２及び１３と、偏向器１４と、荷電粒子レンズ１５と、基板ステージ１７と、制御部１９と、計測部２１とを有する。

荷電粒子源１は、例えば、ＬａＢ_６やＢａＯ／Ｗ（ディスペンサカソード）などを荷電粒子線放出部に含む熱電子型の荷電粒子源である。荷電粒子源１から放射された荷電粒子線２は、コリメータレンズ２によって平行な荷電粒子線４となり、第１アパーチャアレイ５に入射する。

第１アパーチャアレイ５及び第２アパーチャアレイ６は、それぞれ、荷電粒子線４を複数の荷電粒子線７に分割するための（即ち、複数の荷電粒子線７を生成するための）開口を有するアパーチャアレイ部材である。本実施形態では、第１アパーチャアレイ５は、第２のアパーチャアレイ６の複数の開口６ａに対応する複数の開口５ａを有する。第１アパーチャアレイ５の複数の開口５ａのそれぞれの寸法は、第２アパーチャアレイ６の対応する開口６ａの寸法よりも大きい。従って、第１アパーチャアレイ５の開口５ａを通過した複数の荷電粒子線７は、第２アパーチャアレイ６に入射し、第２アパーチャアレイ６の開口６ａによってその形状が成形される。

第２アパーチャアレイ６の開口６ａを通過した複数の荷電粒子線のそれぞれは、集束レンズアレイ８によって集束され、ブランカーアレイ９の上に結像する。ブランカーアレイ９は、個別に制御可能な偏向電極（詳細には、偏向電極対）を含むデバイスである。ブランカーアレイ９は、制御部１９の制御下において、第２アパーチャアレイ６からの複数の荷電粒子線を個別に偏向してブランキングを行う。例えば、荷電粒子線をブランキングしない場合には、ブランカーアレイ９の偏向電極に電圧を印加せず、荷電粒子線をブランキングする場合には、ブランカーアレイ９の偏向電極に電圧を印加する。

ブランカーアレイ９によって偏向された荷電粒子線は、ブランカーアレイ９よりも後段に配置されたストップアパーチャアレイ１１によって遮断されてブランキング状態となる。一方、ブランカーアレイ９によって偏向されていない荷電粒子線は、荷電粒子レンズ１０、１２、１３及び１５で集束されて基板１６の上に結像する。

偏向器１４は、互いに対向する電極（対向電極）で構成され、荷電粒子レンズ１５によって基板１６の上に集束された荷電粒子線を偏向（走査）する。偏向器１４は、本実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれについて２段の偏向を行うために、４段の対向電極で構成されている。

基板ステージ１７は、基板１６を保持して移動する。また、基板ステージ１７には、荷電粒子レンズ１５からの荷電粒子線の電荷量を計測するファラデーカップなどの計測部２１が配置されている。

制御部１９は、ＣＰＵやメモリなどを含み、描画装置１００の全体（動作）を制御する。制御部１９は、例えば、基板１６にパターンを描画する処理を制御する。

パターンを描画する際には、基板１６を保持する基板ステージ１７をＸ軸方向に連続的に移動させ、レーザ測長器による実時間での測長結果（基板ステージ１７の位置）を基準として基板１６の上の荷電粒子線を偏向器１４によってＹ軸方向に偏向する。この際、描画パターンに応じて、ブランカーアレイ９によって荷電粒子線のブランキングを行う。このような動作によって、基板１６の上にパターンを高速に描画することができる。

図２を参照して、本実施形態における第２アパーチャアレイ６の構成について詳細に説明する。第２アパーチャアレイ６は、例えば、図２（ａ）に示すように、荷電粒子線が入射する入射面において、複数の領域２５が設定されている。領域２５のそれぞれは、複数の開口（第１開口）６ａのうち少なくとも１つの開口に対応する。本実施形態では、９つの開口６ａに対応して、５行×５列の領域２５がベース２６の上に設定されている。具体的には、図２（ｄ）に示すように、領域２５は、開口２６ａを有するベース２６に対して、絶縁層２８を介して結合されている。上述したように、本実施形態では、領域２５は、第２アパーチャアレイ６の入射面（荷電粒子源側）に配置されているが、第２アパーチャアレイ６の入射面とは反対側の裏面（基板側）に配置されていてもよい。また、第２アパーチャアレイ６の各領域２５には、第２アパーチャアレイ６の領域２５のそれぞれに個別に電位を付与する（即ち、各領域２５に電圧を印加する）電位付与部２７が接続されている。ここで、第２アパーチャアレイ６の領域２５（電極）及び電位付与部２７は、第２アパーチャアレイ６の領域２５に個別に電位を付与する付与部として機能する。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す第２アパーチャアレイ６のＡ−Ａ’断面図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す領域２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び２５ｄに印加する電圧値の一例を示す図である。例えば、図２（ｂ）において、領域２５ａにおける開口６ａの位置が設計位置（仕様）から＋Ｘ方向に変位し、領域２５ｅにおける開口６ａの位置が設計位置から＋Ｘ方向に変位したと仮定する。この場合、図２（ｃ）に示すように、領域２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び２５ｄのそれぞれにおける電圧値を変えることで、領域２５ａにおける開口６ａの位置ずれ及び領域２５ｅにおける開口６ａの位置ずれを低減することが可能となる。具体的には、領域２５ａには、電位付与部２７によって正電位を付与することで、領域２５ａにおける開口６ａの位置が−Ｘ方向に補正され（変位し）、領域２５ａにおける開口６ａの位置ずれを低減することができる。同様に、領域２５ｅには、電位付与部２７によって負電位を付与することで、領域２５ｅにおける開口６ａの位置が−Ｘ方向に補正され（変位し）、領域２５ｅにおける開口６ａの位置ずれを低減することができる。また、領域２５ａと領域２５ｅとの間の領域、例えば、領域２５ｄに対して細分化した電位を付与することで、更に高い精度で領域２５ｅにおける開口６ａの位置ずれを低減することができる。

電位付与部２７が第２アパーチャアレイ６に設定された領域２５のそれぞれに付与する電位は、制御部１９によって制御される。例えば、制御部１９は、第２アパーチャアレイ６の開口６ａ（即ち、複数の開口のうちの少なくとも１つの開口）の位置に基づいて、第２アパーチャアレイ６に設定された領域２５のそれぞれに付与する電位を制御する。この際、例えば、制御部１９は、第２アパーチャアレイ６の開口６ａを介した荷電粒子線の位置（即ち、設計位置からの位置ずれ）に基づいて、第２アパーチャアレイ６に設定された領域２５のそれぞれに付与する電位を制御する。第２アパーチャアレイ６の開口６ａを介した荷電粒子線の位置は、基板ステージ１７に配置された計測部２１を用いて計測することができる。具体的には、計測部２１の計測結果から基板１６に入射する荷電粒子線の位置を求め、かかる荷電粒子線の位置から第２アパーチャアレイ６の開口６ａを荷電粒子線が通過した位置を特定する。そして、第２アパーチャアレイ６の開口６ａを荷電粒子線が通過した位置を、第２アパーチャアレイ６の開口６ａの設計位置からの位置ずれに換算すればよい。また、第２アパーチャアレイ６の開口６ａの設計位置からの位置ずれは、第１アパーチャアレイ５や第２アパーチャアレイ６における温度分布及び変形量分布などから求めることも可能である。この場合、第１アパーチャアレイ５や第２アパーチャアレイ６の初期状態からの変化量に応じて、第２アパーチャアレイ６に設定された領域２５のそれぞれに付与する電位を制御する。

このように、描画装置１００は、第２アパーチャアレイ６に設定された領域２５のそれぞれに電位付与部２７によって個別に電位を付与することで、第２アパーチャアレイ６の開口６ａを通過する荷電粒子線を減速又は加速させる。これにより、第２アパーチャアレイ６に設定された領域２５ごとに荷電粒子線の運動エネルギーが調整され、描画装置１００の描画性能を維持したまま、第２アパーチャアレイ６の開口６ａの位置ずれを低減することができる。

但し、第２アパーチャアレイ６に設定される領域２５に関しては、第２アパーチャアレイ６の開口６ａの数や分布に応じて異なる。例えば、第２アパーチャアレイ６においてＸ方向に配置された開口６ａの数とＹ方向に配置された開口６ａの数とが異なる場合には、開口６ａが多く配置されている方向に対して、多くの領域２５を設定するようにしてもよい。

また、本実施形態では、第１アパーチャアレイ５及び第２アパーチャアレイ６の２段のアパーチャアレイによって複数の荷電粒子線を生成している。但し、アパーチャアレイの段数は限定されるものではなく、１段のアパーチャアレイでもよいし、３段以上のアパーチャアレイであってもよい。

＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態における描画装置１００Ａの構成を示す概略図である。描画装置１００Ａは、複数の荷電粒子線で基板に描画を行う（即ち、基板にパターンを描画する）リソグラフィ装置である。描画装置１００Ａは、図１に示す描画装置１００の構成に加えて、第１シールド電極３０と、第２シールド電極３１とを有する。

図４を参照して、第１シールド電極３０及び第２シールド電極３１について説明する。

第１シールド電極３０は、図４（ａ）に示すように、第２アパーチャアレイ６よりも荷電粒子源１の側（基板とは反対の側）、詳細には、第１アパーチャアレイ５と第２アパーチャアレイ６との間に配置される。第１シールド電極３０は、第１アパーチャアレイ５の複数の開口５ａ及び第２アパーチャアレイ６の複数の開口６ａのそれぞれに対応する複数の開口（第２開口）３０ａを有する。第１シールド電極３０の複数の開口３０ａのそれぞれの寸法は、第２アパーチャアレイ６の対応する開口６ａの寸法よりも大きい。第１シールド電極３０の開口３０ａを通過した荷電粒子線は、第２アパーチャアレイ６に入射し、第２アパーチャアレイ６の開口６ａによってその形状が成形される。

第２シールド電極３１は、図４（ａ）に示すように、第２アパーチャアレイ６よりも基板１６の側、詳細には、第２アパーチャアレイ６と集束レンズアレイ８との間に配置される。第２シールド電極３１は、第１アパーチャアレイ５の複数の開口５ａ及び第２アパーチャアレイ６の複数の開口６ａのそれぞれに対応する複数の開口（第３開口）３１ａを有する。第２シールド電極３１の複数の開口３１ａのそれぞれの寸法は、第２アパーチャアレイ６の対応する開口６ａの寸法よりも大きい。

第２アパーチャアレイ６に設定された領域２５のそれぞれには個別に電位が付与されるため、各領域２５における電圧の大きさに応じて、光軸に垂直な方向に電場が発生する場合がある。このような場合、かかる電場によって、荷電粒子線が曲がってしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、第２アパーチャアレイ６に対して、上段（荷電粒子源１の側）及び下段（基板１６の側）のそれぞれに、第１シールド電極３０及び第２シールド電極３１を配置することで、荷電粒子線が曲がってしまうことを低減（防止）している。従って、第１シールド電極３０及び第２シールド電極３１は、接地するとよいが、この限りではない。

図４（ｂ）は、第２アパーチャアレイ６、第１シールド電極３０及び第２シールド電極３１の具体的な構成の一例を示す図である。図４（ｂ）に示すように、第１シールド電極３０は、第１絶縁層３３を介して第２アパーチャアレイ６に結合し、第２シールド電極３１は、第２絶縁層３４を介して第２アパーチャアレイ６に結合している。この際、第１絶縁層３３は、第１シールド電極３０の複数の開口３０ａが形成された領域を内包する開口領域３０ｂを囲む周辺領域３０ｃに配置される。また、第２絶縁層３４は、第２シールド電極３１の複数の開口３１ａが形成された領域を内包する開口領域３１ｂを囲む周辺領域３１ｃに配置される。これは、第１絶縁層３３及び第２絶縁層３４の帯電を防止するためである。また、電場の影響を小さくするために、第１絶縁層３３及び第２絶縁層３４のそれぞれの厚さは、導通（放電）しない最も薄い厚さにするとよい。なお、第１シールド電極３０の複数の開口３０ａの間の領域において第１絶縁層３３を第１シールド電極３０に接合し、第２シールド電極３１の複数の開口３１ａの間の領域において第２絶縁層３４を第２シールド電極３１に接合してもよい。

また、図４（ｃ）に示すように、第１絶縁層３３を第１シールド電極３０の周辺領域３０ｃのみに配置し、第２絶縁層３４を第２シールド電極３１の周辺領域３１ｃのみに配置してもよい。この場合、第１絶縁層３３及び第２絶縁層３４が荷電粒子線の通過領域から離れているため、荷電粒子線の数の増加によって第２アパーチャアレイ６の開口６ａのピッチが狭くなるような場合などにおいて構成が容易となる。また、上述したように、第１絶縁層３３及び第２絶縁層３４の帯電を防止することもできる。

本発明の効果は、例えば、以下のようなシミュレーションで確認することができる。０．２ｍｍの厚さを有するシリコン（Ｓｉ）基板に、５ｋＶの電圧で加速された荷電粒子線を入射させる。シリコン基板は、所定の条件で冷却されている。この場合、シリコン基板には、荷電粒子線の入射によって、最大で３．８１６μｍの熱変形が生じる。

一方、シリコン基板の電位を０．５ｋＶだけ下げて、５．５ｋＶの電圧で加速された荷電粒子線をシリコン基板に入射させた場合を考える。この場合、シリコン基板には、荷電粒子線の入射によって、最大で３．８４０μｍの熱変形が生じる。また、シリコン基板の電位を０．５ｋＶだけ上げて、４．５ｋＶの電圧で加速された荷電粒子線をシリコン基板に入射させた場合を考える。この場合、シリコン基板には、荷電粒子線の入射によって、最大で３．７９３μｍの熱変形が生じる。このように、所定の条件下において、加速電圧５ｋＶに対して±１０％の電位の調整（付与）によって、シリコン基板の熱変形量を±０．６％程度変化させることができる。

このように、描画装置１００や描画装置１００Ａは、複数の荷電粒子線を生成するアパーチャアレイの変形や開口位置の変化を低減するのに有利であるため、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に描画装置１００又は１００Ａを用いて潜像パターンを形成する工程（基板に描画を行う工程）と、かかる工程で潜像パターンを形成された基板を現像する工程（描画を行われた基板を現像する工程）とを含む。更に、かかる製造方法は、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、パッケージング等）を含みうる。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。

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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (9)

1. 複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であって、
   前記複数の荷電粒子線を生成するための複数の第１開口が形成されたアパーチャアレイ部材と、
   前記アパーチャアレイ部材の複数の領域に個別に電位を付与する付与部と、
   を有し、
   前記複数の領域のそれぞれは、前記複数の第１開口のうち少なくとも１つの開口に対応する、ことを特徴とする描画装置。
2. 前記アパーチャアレイ部材に関して前記基板とは反対の側に配置され、前記複数の第１開口にそれぞれ対応する複数の第２開口を有する第１シールド電極と、
   前記アパーチャアレイ部材に関して前記基板の側に配置され、前記複数の第１開口にそれぞれに対応する複数の第３開口を有する第２シールド電極と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
3. 前記複数の第２開口それぞれの寸法及び前記複数の第３開口それぞれの寸法は、前記複数の第１開口のうちの対応する開口の寸法より大きい、ことを特徴とする請求項２に記載の描画装置。
4. 前記第１シールド電極は、第１絶縁層を介して前記アパーチャアレイ部材に結合し、
   前記第２シールド電極は、第２絶縁層を介して前記アパーチャアレイ部材に結合している、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の描画装置。
5. 前記第１絶縁層は、前記複数の第２開口が形成された領域を囲む前記第１シールド電極の周辺領域に接合し、
   前記第２絶縁層は、前記複数の第３開口が形成された領域を囲む前記第２シールド電極の周辺領域に接合している、ことを特徴とする請求項４に記載の描画装置。
6. 前記第１絶縁層は、前記複数の第２開口の間の領域において前記第１シールド電極に接合し、
   前記第２絶縁層は、前記複数の第３開口の間の領域において前記第２シールド電極に接合している、ことを特徴とする請求項５に記載の描画装置。
7. 前記複数の第１開口のうちの少なくとも１つの開口の位置に基づいて、前記付与部が前記複数の領域に個別に付与する電位を制御する制御部を有する、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の描画装置。
8. 前記複数の第１開口のうちの少なくとも１つの開口を介した荷電粒子線の位置を計測する計測部と、
   前記計測部の計測結果に基づいて、前記付与部が前記複数の領域に個別に付与する電位を制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の描画装置。
9. 請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の描画装置を用いて基板に描画を行う工程と、
   前記工程で描画を行われた前記基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とする物品の製造方法。

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