JP6608329B2 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、荷電粒子ビーム装置に関する。

荷電粒子ビームを用いた描画装置や検査装置などの荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子を試料に照射するための鏡筒を備えている。鏡筒の内部には、ビーム銃から放射された荷電粒子ビームの位置や焦点調節などを行う複数のレンズからなる光学系が設けられている。

最近では、描画や検査処理のスループットを向上させるために、ビーム銃から放射された荷電粒子ビームを複数のビーム（以下、マルチビーム）に分割して、マルチビームを試料に照射するマルチビーム装置の研究開発が進んでいる。

マルチビーム装置は、鏡筒の内部に、マルチビームを生成するためのアパーチャ部材や、マルチビームをビームごとに偏向制御するブランキングプレートなどが設けられており、シングルビームを試料に照射する鏡筒よりも光学系の構成が複雑になることから、鏡筒の全長が長くなる。

鏡筒が長くなるほど、振動しやすくなる。鏡筒が振動すると、荷電粒子ビームを試料上の所望の位置に照射させるのが困難となる。このため、微細なパターンの描画や、試料上の特定位置の検査の精度が劣化するという問題がある。

国際公開ＷＯ２０１１／０４３３９１公報 特開２００３−３１８０８０号公報 実開平１−８７５３２号公報

本発明の実施形態は、簡易な構造で鏡筒の振動を抑制可能な荷電粒子ビーム装置を提供するものである。

本実施形態では、試料を移動自在に載置するステージが収納される試料室と、
前記試料室の上方に配置され、前記試料に荷電粒子ビームを照射する光学系を有し、前記光学系の各構成に対応して分割される複数の分割体を上下方向に接合した鏡筒と、
前記鏡筒の外側面前記複数の分割体のうち、前記鏡筒の軸長方向の中央部よりも上側に位置する所定の分割体の外側面と前記試料室の上面とに接合される支持部材と、を備える荷電粒子ビーム装置が提供される。

前記所定の分割体は、前記鏡筒の軸長方向の中央よりも上側に位置し、かつ前記荷電粒子ビームを前記光学系に放射するビーム銃よりも下側に位置する分割体であってもよい。

前記光学系は、荷電粒子ビームを複数のビームに分割した後に、分割された各ビームを偏向させるか否かを制御するブランキングアパーチャを有してもよく、
前記支持部材は、前記ブランキングアパーチャに対応する分割体に接合されてもよい。

前記支持部材は、剛体材料で形成されてもよい。

前記試料室は、上面が多角形形状であってもよく、
前記支持部材は、前記試料室の角にそれぞれ配置される３つ以上の支持部を有してもよい。

前記支持部材は、複数の分割支持部を接合した接合体であってもよく、
前記鏡筒の外側面に接合される分割支持部と、前記試料室の上面に接合される分割支持部とは、それぞれ少なくとも一次元方向に長さを可変可能であってもよい。

一実施形態による荷電粒子ビーム装置１の平面図。 図１の荷電粒子ビーム装置１の概略的な斜視図。 図２ＡのＢ−Ｂ線方向の概略的な平面図。 荷電粒子ビーム装置１の鏡筒３の内部に配置される光学系の一具体例を示す概念図。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。本実施形態による荷電粒子ビーム装置１は、荷電粒子ビームを用いて試料６にパターンを描画する描画装置や、荷電粒子ビームを用いて試料６に形成されたパターンを検査する検査装置などであり、荷電粒子ビームを試料６に照射する装置であれば、その種類は問わない。荷電粒子ビームは、電子ビームやイオンビーム等の任意の荷電粒子を用いたビームである。試料６は、半導体製造の露光に用いるフォトマスクに用いられるマスクブランクスや、半導体装置に用いられる半導体ウェハ等が含まれる。

以下では、一例として、荷電粒子ビーム装置１として、電子ビームを用いて描画を行う電子ビーム描画装置について説明する。

図１は一実施形態による荷電粒子ビーム装置１の平面図、図２Ａは図１の荷電粒子ビーム装置１の概略的な斜視図である。図１は図２ＡのＡ−Ａ線方向の詳細な平面図である。また、図２Ｂは図２ＡのＢ−Ｂ線方向の概略的な平面図である。

図１の荷電粒子ビーム装置１は、試料室２と、試料室２の上面から上側に配置される鏡筒３と、試料室２の下面に配置される制振部材４とを備えている。なお、図１および図２Ａでは、制振部材４を省略している。制振部材４は、図２Ｂに示すように、例えば試料室２の底面の対角位置に配置されて、試料室２の振動を吸収する。また、試料室２の内部には、図２Ｂに示すように、移動自在なステージ５の上に載置された試料６が配置されている。

図１の荷電粒子ビーム装置１の鏡筒３は、軸長方向（図２Ａのｚ方向）に沿って、複数の分割体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに分割されている。隣り合う２個の分割体は、例えばボルトにより固定されている。鏡筒３を分割構造にした理由は、鏡筒３の組立および分解作業を行いやすくするためと、鏡筒３内部の光学系の保守作業を行いやすくするためである。最上部の分割体３ａの上には、電子銃１１が配置されている。

鏡筒３を構成する各分割体３ａ〜３ｄは、鏡筒３内部の光学系の構成に合わせて設けられている。図３は荷電粒子ビーム装置１の鏡筒３の内部に配置される光学系の一具体例を示す概念図である。図３の荷電粒子ビーム装置１は、マルチビームにて描画を行う描画装置である。図３の荷電粒子ビーム装置１の鏡筒３の内部には、上から順に、電子銃１１と、照明レンズ１２と、アパーチャ部材１３と、ブランキングプレート１４と、集束レンズ１５と、制限アパーチャ部材１６と、対物レンズ１７と、ダブレットレンズ１８，１９と、偏向器２０と、静電レンズ２１と、投光器２２と、受光器２３とが設けられている。

電子銃１１は、電子ビーム１０を放射する。照明レンズ１２は、電子銃１１からの電子ビーム１０のビーム口径をアパーチャ部材１３の全域に広げる。アパーチャ部材１３の面内には、例えば矩形状の複数の開口部が設けられており、各開口部を通過した電子ビーム１０がマルチビームとなる。

マルチビームを構成する各電子ビーム１０は、ブランキングプレート１４上の対応する偏向器２０（ブランカ）内を通過する。偏向器２０を調整することで、ブランキングプレート１４を通過する電子ビーム１０の進行方向が制御される。

集束レンズ１５は、ブランキングプレート１４を通過した電子ビーム１０を、制限アパーチャ部材１６の中心孔に向けて集束させる。ブランキングプレート１４上の偏向器２０で偏向させた電子ビーム１０は、制限アパーチャ部材１６の中心孔を通過しない。このように、ブランキングプレート１４は、マルチビームを構成する電子ビーム１０ごとに、制限アパーチャ部材１６の中心孔を通過させるか否かを制御する。

対物レンズ１７は、制限アパーチャ部材１６の中心孔を通過した電子ビーム１０の焦点調整を行う。偏向器２０およびタブレットレンズ１８，１９は、各ビームを一括して偏向させて、静電レンズ２１を介してステージ５の試料６に照射する。投光器２２は、試料６の上面にレーザ光を照射し、その反射光を受光器２３で受光することで、試料６の高さ位置を検出する。

図１の鏡筒３を構成する各分割体３ａ〜３ｄのうち最上部の分割体３ａは、例えば電子銃１１の下方に配置される照明レンズ１２から集束レンズ１５までを覆うように配置されている。その次に配置される分割体３ｂは、例えば集束レンズ１５から制限アパーチャ部材１６までを覆うように配置されている。その次に配置される分割体３ｃは、例えば制限アパーチャ部材１６からタブレットレンズ１８，１９までを覆うように配置されている。最下部の分割体３ｄは、例えばタブレットレンズ１８，１９からステージ５周辺までを覆うように配置されている。

なお、各分割体３ａ〜３ｄの分割の仕方は任意であり、分割数も５つに限定されるものではない。各分割体３ａ〜３ｄは、ステンレス等の金属やアルミナ材等からなる中空の筒状部材であり、かなりの重量があるため、鏡筒３が長くなるほど、分割数を増やして、組立および分解時の作業性と保守性を向上させる必要がある。よって、鏡筒３の長さや光学系の構成に応じて、分割体の分割数と各分割体のサイズを決定するのが望ましい。

図１に示すように、鏡筒３は、支持部材７により試料室２の上面に固定されている。より具体的には、支持部材７は、鏡筒３の外側面と試料室２の上面とに接合されている。支持部材７は、例えば４つの支持部８を有し、各支持部８は、四角形状の試料室２の対角位置に配置されている。各支持部８とも、鏡筒３の外側面と試料室２の上面とに接合されている。

本実施形態では、支持部材７を、鏡筒３の軸長方向の中央部よりも上側に位置する所定の分割体の外側面に接合している。図１の例では、鏡筒３の最上部の分割体３ａに支持部材７を接合している。より詳細には、支持部材７を構成する４つの支持部８のいずれも、鏡筒３の最上部の分割体３ａに接合されている。

鏡筒３の最上部の分割体３ａは、鏡筒３の軸長方向の全長の中央部よりも上側に位置している。鏡筒３を支持部材７で支持する場合、できるだけ電子銃１１に近い側で支持した方が、電子銃１１周辺の振動を防止できて、電子銃１１から放射された電子ビーム１０の位置ずれが起きなくなる。図１に示すように、鏡筒３の最上部の分割体３ａは、電子銃１１に近接しているため、この分割体３ａを支持部材７に接合することで、鏡筒３の振動を効率的に抑制できる。なお、図１では、分割体３ａの下部に支持部材７を接合しているが、分割体３ａの中間部や上部に支持部材７を接合してもよい。

より具体的には、支持部材７の鏡筒３との接合面の下辺が鏡筒３の軸長方向の中央部よりも上側に配置されているのが望ましい。さらに望ましくは、鏡筒３の軸長方向の長さに依存する振動の節の位置に支持部材７を接合する。これにより、支持部材７と鏡筒３との接合面の面積を広げなくても、鏡筒３の振動を抑制できる。なお、鏡筒３の振動の節は、シミュレーション等により、計算することが可能である。

本実施形態の支持部材７は、ステンレス等の剛体で構成されている。荷電粒子ビーム装置１の外部から、地震等の振動を受けた場合、その振動は制振部材４で吸収されるため、支持部材７が剛体で構成されていても、何ら問題は生じない。むしろ支持部材７を剛体で構成することで、鏡筒３の振動を支持部材７にて確実に抑制できる。

本実施形態の支持部材７を構成する各支持部８は、図２Ａに示すように、３つの分割支持部８ａ，８ｂ，８ｃを接合した接合体である。鏡筒３の外側面に接合される分割支持部８ａは、ｘ方向の長さを可変調整可能とされている。また、試料室２の上面に接合される分割支持部８ｃは、ｚ方向の長さを可変調整可能とされている。鏡筒３が試料室２の上面の法線方向から傾いて配置されている場合には、分割支持部８ａのｘ方向長さと分割支持部８ｃのｚ方向長さとの少なくとも一方を調整することで、鏡筒３の傾きを抑制することができる。実際の組立作業では、鏡筒３を構成する各分割体を下から順に組み付けた後、鏡筒３の傾き具合を見ながら、支持部材７の各支持部８の分割支持部８ａ，８ｂ，８ｃを調整して、鏡筒３の傾きを抑制すればよい。

なお、鏡筒３の外側面に接合される分割支持部８ａは、ｘ方向だけでなく、ｚ方向やｙ方向の長さを可変調整できるようにしてもよい。同様に、試料室２の上面に接合される分割支持部８ｃは、ｚ方向だけでなく、ｘ方向やｙ方向の長さを可変調整できるようにしてもよい。これにより、鏡筒３の傾きを調整する自由度が向上する。

図１では、支持部材７の各支持部８を、試料室２の四隅に接合しているが、四隅の中間位置にも支持部８を接合し、合計８つ以上の支持部８を設けてもよい。支持部８の数が多い方が鏡筒３の振動をより抑制できる。このように、支持部材７を構成する支持部８の数には特に制限はない。ただし、支持部８を鏡筒３の周囲に均等に配置するのが望ましい。これにより、鏡筒３の傾きをより抑制できる。

図１は、試料室２が四角形形状の例を示しているが、試料室２が四角形以外の多角形形状の場合には、多角形の中心対称となるように３以上の角に支持部材７の各支持部８を配置すればよい。

上述した実施形態では、マルチビーム用の荷電粒子ビーム装置１の鏡筒３を例に挙げて説明したが、本実施形態は、シングルビーム用の荷電粒子ビーム装置１にも適用可能である。

このように、本実施形態では、荷電粒子ビーム装置１の鏡筒３の軸長方向の中央部よりも上側に支持部材７を接合するため、鏡筒３の振動を効率的に抑制でき、試料６の描画や検査等を精度よく行うことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 荷電粒子ビーム装置、２ 試料室、３ 鏡筒、３ａ〜３ｄ 分割体、４ 制振部材、５ ステージ、６ 試料、７ 支持部材、８ 支持部、８ａ〜８ｃ 分割支持部、１１ 電子銃、１２ 照明レンズ、１３ アパーチャ部材、１４ ブランキングプレート、１５ 集束レンズ、１６ 制限アパーチャ部材、１７ 対物レンズ、１８，１９ タブレットレンズ、２０ 偏向器、２１ 静電レンズ、２２ 投光器、２３ 受光器

Claims (5)

1. 試料を移動自在に載置するステージが収納される試料室と、
   前記試料室の上方に配置され、前記試料に荷電粒子ビームを照射する光学系を有し、前記光学系の各構成に対応して分割される複数の分割体を上下方向に接合した鏡筒と、
   前記鏡筒の外側面前記複数の分割体のうち、前記鏡筒の軸長方向の中央部よりも上側に位置する所定の分割体の外側面と前記試料室の上面とに接合される支持部材と、を備え、
   前記所定の分割体は、前記鏡筒の軸長方向の中央よりも上側に位置し、かつ前記荷電粒子ビームを前記光学系に放射するビーム銃よりも下側に位置する分割体である荷電粒子ビーム装置。
2. 前記光学系は、荷電粒子ビームを複数のビームに分割した後に、分割された各ビームを偏向させるか否かを制御するブランキングアパーチャを有し、
   前記支持部材は、前記ブランキングアパーチャに対応する分割体に接合される請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
3. 前記支持部材は、剛体材料で形成される請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 前記試料室は、上面が多角形形状であり、
   前記支持部材は、前記試料室の角にそれぞれ配置される３以上の支持部を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
5. 前記支持部材は、複数の分割支持部を接合した接合体であり、
   前記鏡筒の外側面に接合される分割支持部と、前記試料室の上面に接合される分割支持部とは、それぞれ少なくとも一次元方向に長さを可変可能である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

Images