JP4627454B2 - 偏向器及びそれを用いたマルチ荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路などの製造プロセスに用いられる荷電粒子線描画技術に係り、特に、高精度な荷電粒子ビーム描画装置用の偏向器およびその作製方法に関する。

荷電粒子ビーム描画装置の一例としての従来の電子ビーム描画装置の偏向器は、「安田 洋：応用物理６３、１１３５（１９９４）」に提案されている。図４は、電子ビーム描画装置の電子銃側からみた従来の偏向器を示す。すなわち、図に示すように、対向した第１の電極６と第２の電極１７とが矩形の貫通孔２の１対の平行面に形成されており、他の平行面は絶縁膜が形成されている。

この第１、第２の電極にそれぞれ異なる電圧を印加することにより、矩形中心を通過する電子ビームの偏向を行なう。この偏向により、試料上への照射ＯＮ／ＯＦＦを制御することで任意のパターン形成を可能にしている。

安田 洋：応用物理６３、１１３５（１９９４）

電子ビーム描画装置において、描画精度を向上するためにはビーム位置を制御するための偏向器の安定稼動が必須となる。荷電粒子である電子ビームが通過する空間に絶縁物が配置されていると絶縁物が帯電され、その帯電によりビーム位置に変動を生じる。

一方、ビーム位置を制御する偏向器は上述した対向電極を用いるが、この電極同士は異なる電圧を印加させるために互いに絶縁する必要がある。このため、偏向器の絶縁領域の影響をできるだけ少なくすることが必要である。特に、マルチビームの装置では、偏向器の小型化が必須であるので、この問題はいっそう厳しいものとなる。

本発明の目的は、荷電粒子ビーム描画装置におけるビーム変動の少ない高精度なビーム偏向が可能な偏向器による荷電粒子ビーム描画技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、偏向器の１対の対向電極の形状において、１対の電極間を電気的に分離するための切断箇所を、貫通孔内を通過するビームからできる限り離し、かつ見えない位置に設定する構造としている。また、この対向電極は、互いに平行な位置関係で、かつ、電極断面形状が、貫通孔の中心に対して互いに回転対称となっていることから、この対向電極間に形成される電場において広い一様領域を実現でき、帯電の影響が少なく、かつ良好な偏向特性が達成される。

本発明による偏向器は、特に、貫通口の側壁に形成した対向電極構造に適しており、その形成には微細加工が可能なシリコン基板を用い、前記貫通口の形成に平滑かつ垂直な壁面加工が可能なドライエッチング法を含む工程と、前記電極の形成に薄膜で均一な電導膜形成が可能なスパッタリング法と蒸着法のいずれかを含む工程とを用いることにより作製できる。

また、本発明による偏向器は、上記作製方法によって小型化が可能なので、特に、マルチビームの電子ビーム描画装置に適している。マルチビームの電子ビーム描画装置では、上記偏向器を二次元に配列させ、それぞれに配線をつなぎ個別に電圧印加を制御することで、複数の電子ビームを独立に偏向制御することが可能となり、高精度かつ高速描画が実現できる。

以下に、本発明の代表的な構成例を列挙する。

（１）基板に形成された貫通孔の側壁に一対の電極を対向して設け、前記１対の電極のそれぞれが互いに異なる電圧を印加することにより、前記貫通口内を通過する荷電粒子ビームを偏向せしめる偏向器において、前記貫通口の側壁が、前記基板表面に垂直な２対以上の平行面対を含んだ多面体または曲面をなし、かつ、前記１対の電極の各々が、前記多面体または曲面の複数の面の表面に連続的に構成されていることを特徴とする。

（２）前記（１）の偏向器において、前記側壁には、前記１対の電極間を電気的に分離するための切断箇所を有し、かつ、前記切断箇所は、通過する前記荷電粒子ビームから隔離された位置に設置されていることを特徴とする。

（３）前記（１）又は（２）の偏向器において、前記貫通口の側壁に対向して形成された一対の電極の前記基板表面に水平な断面形状が、互いに前記貫通口の中心に対して回転対称に形成されていることを特徴とする。

（４）基板に形成された貫通孔の側壁に一対の電極を対向して設け、前記１対の電極のそれぞれが互いに異なる電圧を印加することにより、前記貫通口内を通過する荷電粒子線を偏向せしめる偏向器において、前記貫通孔の側壁は、前記対向する面を異なった向きで複数有する１対の連続面からなり、かつ、前記１対の連続面のそれぞれに電気的に接続された電極が形成されていることを特徴とする。

（５）前記（４）の偏向器において、前記電極の折れ曲がり角度の総和が９０度以上であることを特徴とする。

（６）前記（４）又は（５）の偏向器において、前記電極の前記基板表面に水平な断面形状が、前記対向する電極の中心に対して、互いに回転対称に構成されていることを特徴とする。

（７）基板内に形成した貫通孔の側壁に一対の電極を対向せしめて、前記貫通口内を通過する荷電粒子ビームを偏向する偏向器の作製方法において、前記基板にシリコン基板を用い、ドライエッチング法により、前記貫通口の側壁に前記基板表面に垂直な２対以上の平行面対を含んだ多面体または曲面を形成する工程と、かつ、スパッタリング法または蒸着法を用いて、前記１対の電極の各々を、前記多面体または曲面の複数の面の表面に連続的に形成する工程とを有することを特徴とする。

（８）荷電粒子ビームを偏向器および対物レンズを通して試料上に照射し走査して、前記試料上に所望のパターンを形成する電子光学系を有する荷電粒子ビーム描画装置において、前記偏向器が、基板に形成された貫通口の側壁に一対の電極を対向して設け、前記貫通口の側壁が、前記基板表面に垂直な２対以上の平行面対を含んだ多面体または曲面からなり、かつ、前記対向する電極の各々が、前記多面体または曲面の複数の面の表面に連続的に形成されていることを特徴とする。

（９）前記（８）の荷電粒子ビーム描画装置において、前記偏向器は、前記側壁に前記１対の電極間を電気的に分離するための切断箇所を有し、かつ、前記切断箇所は、通過する前記荷電粒子ビームから隔離された位置に設置されていることを特徴とする。

（１０）前記（８）又は（９）の荷電粒子ビーム描画装置において、前記荷電粒子ビームが複数の荷電粒子ビームからなり、かつ、前記偏向器が前記複数の荷電粒子ビームの配列に対応して複数配列されていることを特徴とする。

（１１）基板に形成された貫通孔の側壁に対向して設置された一対の電極を有し、前記１対の電極のそれぞれに異なる極性の電圧を印加することにより、前記貫通口内を通過する荷電粒子ビームを偏向せしめる偏向器において、前記貫通口の側壁が、前記基板表面に垂直な２対以上の平行面対を含む構造を有し、前記１対の電極の各々が、前記２対以上の平行面対の各表面にわたって連続的に形成されてなり、かつ、前記側壁には、前記１対の電極間を電気的に分離するための切断箇所を有し、前記切断箇所は、通過する前記荷電粒子ビームから隔離された位置に設置され、前記１対の電極の前記基板表面に水平な断面形状が、対向する前記１対の電極の中心に対して、互いに回転対称に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、荷電粒子ビーム描画装置の安定した偏向器を実現でき描画精度の向上が達成出来る。特に、偏向器の小型化が必要となるマルチ電子ビーム描画装置に有効である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。

（実施例１）
図３に、本実施例に用いるマルチ電子ビーム描画装置の構成を示す。

電子銃（電子源）１１０から放出された電子ビーム１１１を、コンデンサレンズ１１２を通して平行ビームとし、複数の穴の空いたアパーチャ−アレイ１１３により複数のポイントビームに分離され、その後段にあるレンズアレイ１１４によりポイントビームの中間像１１６に結像される。複数のポイントビームは、個別にオンオフ可能なようにブランカーアレイ１１５、ブランキング絞り１１９が設けられている。

このようにして形成されたマルチポイントビームは、第１投影レンズ１１８と第２投影レンズ１２１からなるダブレットレンズ１２２により縮小されて、試料１２４上に結像される。マルチビーム間には距離があるために実質的に物面での電子ビームの最大距離より瞳像での電子ビームの最大距離が長い大面積転写となっている。

ダブレットレンズ１２２の物面と像面との間には、高速用の偏向器１２０と低速用の偏向器１２８があり、試料１２４上での描画位置を規定する。ステージ１２５上には電子ビーム位置検出用のマーク１２６があり、ステージ１２５の位置を計測するレーザ干渉計（図示してない）と反射電子検出器１２３を用いることで電子ビームの位置を測定することが出来る。

また、ダブレットレンズ１２２の１つ目のレンズである第１投影レンズ１１８の上方にはアライナー１１７が２段構成で設けられており、連動させることによりレンズへの電子ビームの入射角度と入射位置を調整できる。アライナー１１７はアライナー制御回路１０４により、ダブレットレンズ１２２はレンズ制御回路１０５により駆動される。本実施例では、具体的には電流が供給されることになる。各電流の設定値は、中央制御部１０１から与えられる情報により決められている。同様に、フォーカス制御回路１０２とブランキング回路１０３は、電圧を供給することで対応する光学素子、レンズアレイ１１４とブランカーアレイ１１５とを、それぞれ動作させている。これらの設定値も中央制御部１０１から与えられる情報により決められている。

この中央制御部１０１は、信号処理回路１０７やステージ制御回路１０８から得られる情報も利用してレンズやアライナーの動作量を決める計算も行っている。また、本装置には、これらの機能を活用して、励磁変化の設定、電子ビーム位置の変化量の表示、或いはアライナーやレンズ励磁（電流量）の再設定を行う画面を有する表示装置１０９を有している。描画の際は、描画パターンデータ部１２９からの制御信号に基づき中央制御部１０１により電子ビーム１１１が制御されウェーハ１２４上に描画される。中央制御部１０１内では描画パターンデータを各パラメータ格納部を通して各制御回路に信号を振り分けて制御する他に、信号処理回路１０７やステージ制御回路１０８、および記憶部と波形解析部（図示してない）から得られる情報も利用して中央演算部でレンズやアライナーおよび偏向器やブランキングの動作校正量を決める計算も行っている。これらの校正値は校正パラメータ記憶部に格納され、この校正パラメータを参照して描画が実行される。

従来は、ブランカーアレイ１１５として、複数のポイントビームについてそれぞれの偏向器が、図４、図５に示すように、貫通口２の対向側壁に第１の電極６と第２の電極１７で構成されていた。図４は、電子ビーム描画装置の電子銃側からみた従来の偏向器を示し、図５は、そのＢ−Ｂ'断面図を示す。

それぞれの電極にブランキング回路１０３より、配線４を介してそれぞれ＋５Ｖ、−５Ｖの電圧を印加することによりビーム５を偏向し、試料１２４上へのビームのＯＮ／ＯＦＦを制御していた。しかし、これらの電極の隣接面１８は、電極間の絶縁を保つために表面が酸化膜１で構成されている。この酸化膜の表面電位が小さい場合には、上記第１の電極と第２の電極で形成される電極間の空間の電界分布は安定しているが、ビーム調整時や使用中のビーム異常変動によりビーム５がこの酸化膜１８に照射されるために酸化膜表面が１００Ｖ以上に帯電してしまう。そのために、上記第１の電極６と第２の電極１７で形成される電極間の空間の電界分布がこの帯電の電界で決定されてしまい、それぞれの電極にブランキング回路１０３より＋５Ｖ、−５Ｖの電圧を印加してもビーム偏向制御ができず、酸化膜の帯電場所と帯電量によりある偏向器では試料上１２４でビームが常にＯＮに、他の偏向器では試料上でビームが常にＯＦＦになってしまう。この問題を解決する方法として、図４の酸化膜領域１８に第３、第４の電極を形成して電気的に接地する方法が考えられるが、これらの電極への配線が必要になるので偏向器を多数並べるブランカーアレイ１１５では作製が困難であり、また、これらの電極と第１、第２の電極間の絶縁のための酸化膜領域が必要であるので上記帯電の問題は解決されない。

本発明では、ブランカーアレイ１１５としてそれぞれの偏向器が、図１、図２に示すように、偏向器の貫通口１が２対の平行面を含んだ四面と二曲面からなり、かつ対向電極の各々が二面の表面に連続的に形成された第１の電極３と第２の電極１９で構成されている。図１は、電子ビーム描画装置の電子銃側からみた本発明の偏向器を示し、図２は、そのＡ−Ａ'断面図を示す。

貫通口が２対の平行面を含んだ四面と二曲面からなり、内角が１８０度以上の箇所が２箇所あり、第１の電極と第２の電極の電極間は２箇所の切断箇所２０、２１を有しており、その切断面には酸化膜が露出している。また、ひとつあたりの電極の折れ曲がり角度の総和は９０度である。そして、それぞれの電極にブランキング回路１０３より、配線４を介してそれぞれ＋５Ｖ、−５Ｖの電圧を印加することによりビーム５を偏向し、試料１２４上へのビームのＯＮ／ＯＦＦを制御ができる。

そして、本発明では、偏向器の対向電極の形状において、１対の電極間を電気的に分離するための切断箇所２０、２１を、貫通孔内を通過するビームからできる限り離し、かつ見えない位置に設定する構造としている。このため、ビーム調整時や使用中のビーム異常変動が発生したときでも酸化膜領域がビーム５に対して陰になる位置に配置されているので、ビームが第１、第２の電極３、１９のいずれかにあたり酸化膜表面が帯電することはなく、安定したビームＯＮ／ＯＦＦ制御が可能である。また、この対向電極３、１９は互いに平行な位置関係でかつ電極断面形状が互いに回転対称となっていることから、この対向電極間に形成される電場において広い一様領域を実現できるので、ビーム位置５がこの平行電極間の空間のどの位置でも安定したビームＯＮ／ＯＦＦ制御が可能である。このようにして、本発明の偏向器では、帯電の影響が少なく、かつ良好な偏向特性が達成される。

このように良好な特性の偏向器の電極形状としては、２対の平行面以外は多面体もしくは曲面でも良い。例えば、図６および図７に示すような形状でも、本発明による効果は同じである。図６は、電子ビーム描画装置の電子銃側からみた偏向器を示し、図７は、そのＣ−Ｃ'断面図を示す。いずれの形状でも貫通口２の多面体または曲面の内角が１８０度以上の箇所が２箇所以上で、かつ対向電極が２箇所の切断箇所２３、２４を有している。また、電気的に接続されたひとつあたりの電極３または電極２２の折れ曲がり角度の総和が９０度以上である。

（実施例２）
次に、本発明である偏向器の作製方法について、図８（ａ）〜（ｆ）、図９および図１０を用いて説明する。

まず、図１０に示すフローにより、ステップ（ａ）においてシリコン基板８（図８（ａ））をドライエッチングして、ステップ（ｂ）において縦８０μｍ、横３０μｍ、深さ２００μｍの貫通口９を作製する（図８（ｂ））。次に、ステップ（ｃ）においてこの基板の表面を酸化して酸化膜１０を形成する（図８（ｃ））。次に、ステップ（ｄ）において、基板表面および裏面にフィルム状のレジスト１１を付着させ露光現像により貫通口の一部にフィルム状のレジスト開口部１２を作る（図８（ｄ））。次に、ステップ（ｅ）において、この基板の表面および裏面から金をスパッタ法により成膜し、表面の配線１４と貫通口内の２対の平行面に金の薄膜１３を形成する（図８（ｅ））。フィルム状のレジストを剥離後、さらに、ステップ（ｆ）において、この基板を金の無電解めっきにより金の薄膜部および表面の配線に金のめっき膜１５、１６を形成し、金の膜厚を５００ｎｍとした（図８（ｆ））。

このようにして、貫通口内の２対以上の平行面からなる電極の形成が実現できる。ドライエッチング時に基板上に複数の貫通口９を設けておけば、図９に示すように、複数のビーム５を個別に偏向することができ、マルチ電子ビーム描画装置用のブランカーアレイ１１５の作製が可能である。

以上の実施例では、電子ビーム描画装置への適用例について述べたが、イオン等を用いた荷電粒子ビーム描画装置でも同じ効果が得られる。

以上のように、本発明によれば、荷電粒子ビーム描画装置の安定した偏向器を実現でき描画精度の向上が達成出来る。特に、偏向器の小型化が必要となるマルチ電子ビーム描画装置に有効である。

本発明の偏向器の一実施例を説明する図。 図１の偏向器のＡ−Ａ'断面を示す図。 本発明の実施例１における装置構成を説明する図。 従来の偏向器を説明する図。 図５のＢ−Ｂ'断面を示す図。 本発明の偏向器の別の構成例を示す図。 図６のＣ−Ｃ'断面を示す図。 本発明の偏向器の作製方法（１）を説明する図。 本発明の偏向器の作製方法（２）を説明する図 本発明の偏向器の作製方法（３）を説明する図 本発明の偏向器の作製方法（４）を説明する図 本発明の偏向器の作製方法（５）を説明する図 本発明の偏向器の作製方法（６）を説明する図 本発明のマルチビーム対応の偏向器を示す図。 本発明の偏向器の作製フローを説明する図。

符号の説明

１、１０…酸化膜、２、９…貫通口、３、６、１５、１７、１９、２２…電極、４、１４、１６…配線、５、１１１…電子ビーム、７、８…シリコン基板、１１…レジスト、１２…マスク開口、１３…金薄膜、１５…金めっき膜、１８、２０、２１、２３、２４…電極切断部、１０１…中央制御部、１０２…フォーカス制御回路、１０３…ブランキング回路、１０４…アライナー制御回路、１０５…レンズ制御回路、１０６…偏向制御回路、１０７…信号処理回路、１０８…ステージ制御回路、１０９…表示装置、１１０…電子銃、１１２…コンデンサレンズ、１１３…アパーチャーアレイ、１１４…レンズアレイ、１１５…ブランカーアレイ、１１６…中間像、１１７…アライナー、１１８…第１投影レンズ、１１９…ブランキング絞り、１２０…高速用の偏向器、１２１…第２投影レンズ、１２２…ダブレットレンズ、１２３…電子検出器、１２４…試料、１２５…ステージ、１２６…マーク、１２８…低速用の偏向器、１２９…描画パターンデータ部。

Claims (10)

1. 基板に形成された貫通孔の側壁に一対の２極電極を対向して設け、前記１対の２極電極のそれぞれが互いに異なる電圧を印加することにより、前記貫通口内を通過する荷電粒子ビームを偏向せしめる偏向器において、前記貫通口の側壁が、前記基板表面に垂直な２対以上の平行面対を含んだ多面体をなし、前記１対の２極電極の各々が、前記多面体の複数の面の表面に連続的に構成され、かつ、複数の前記荷電粒子ビームの配列に対応して前記偏向器が複数配列されていることを特徴とする偏向器。
2. 請求項１に記載の偏向器において、前記側壁には、前記１対の２極電極間を電気的に分離するための切断箇所を有し、かつ、前記切断箇所は、通過する前記荷電粒子ビームから隔離された位置に設置されていることを特徴とする偏向器。
3. 請求項１又は２に記載の偏向器において、前記貫通口の側壁に対向して形成された前記一対の２極電極の形状が前記貫通口側壁に対して垂直な断面において前記貫通口の中心に対して回転対称に形成されていることを特徴とする偏向器。
4. 基板に形成された貫通孔の側壁に一対の２極電極を対向して設け、前記１対の２極電極のそれぞれが互いに異なる電圧を印加することにより、前記貫通口内を通過する荷電粒子線を偏向せしめる偏向器において、前記貫通孔の側壁は、前記対向する面を異なった向きで複数有する１対の多面連続面からなり、かつ、前記１対の多面連続面のそれぞれに電気的に接続された２極電極が形成され、かつ、複数の前記荷電粒子ビームの配列に対応して前記偏向器が複数配列されていることを特徴とする偏向器。
5. 請求項４に記載の偏向器において、前記２極電極の折れ曲がり角度の総和が９０度以上であることを特徴とする偏向器。
6. 請求項４又は５に記載の偏向器において、前記貫通口の側壁に対向して形成された前記一対の２極電極の形状が前記貫通口の側壁に対して垂直な断面において前記貫通口の中心に対して回転対称に形成されていることを特徴とする偏向器。
7. 複数の荷電粒子ビームを複数の偏向器および対物レンズを通して試料上に照射し走査して、前記試料上に所望のパターンを形成する電子光学系を有するマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記偏向器が、基板に形成された貫通口の側壁に一対の２極電極を対向して設け、前記貫通口の側壁が、前記基板表面に垂直な２対以上の平行面対を含んだ多面体からなり、前記対向する電極の各々が、前記多面体の複数の面の表面に連続的に形成され、かつ複数の荷電粒子ビームの配列に対応して前記偏向器が複数配列されていることを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
8. 請求項７に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記偏向器は、前記側壁に前記１対の２極電極間を電気的に分離するための切断箇所を有し、かつ、前記切断箇所は、通過する前記荷電粒子ビームから隔離された位置に設置されていることを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
9. 請求項７又は８に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記荷電粒子ビームが複数の荷電粒子ビームからなり、かつ、前記偏向器が前記複数の荷電粒子ビームの配列に対応して複数配列されていることを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
10. 基板に形成された貫通孔の側壁に対向して設置された一対の２極電極を有し、前記１対の２極電極のそれぞれに異なる極性の電圧を印加することにより、前記貫通口内を通過する荷電粒子ビームを偏向せしめる偏向器において、前記貫通口の側壁が、前記基板表面に垂直な２対以上の平行面対を含む構造を有し、前記１対の２極電極の各々が、前記２対以上の平行面対の各表面にわたって連続的に形成されてなり、前記側壁には、前記１対の２極電極間を電気的に分離するための切断箇所を有し、前記切断箇所は、通過する前記荷電粒子ビームから隔離された位置に設置され、前記貫通口の側壁に対向して形成された前記一対の２極電極の形状が前記貫通口の側壁に対して垂直な断面において前記貫通口の中心に対して回転対称に形成され、かつ、複数の前記荷電粒子ビームの配列に対応して前記偏向器が複数配列されていることを特徴とする偏向器。

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