JP6962255B2

JP6962255B2 - アパーチャ部材及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置

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Publication number: JP6962255B2
Application number: JP2018062471A
Authority: JP
Inventors: 靖人吉川; 憲一片岡
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: JP2019176001A

Description

本発明は、アパーチャ部材及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置に関する。

ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターン（マスク、或いは特にステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）をウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンは、電子ビーム描画装置によって描画され、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。

マルチビームを使った描画装置は、１本の電子ビームで描画する場合に比べて、一度に多くのビームを照射できるので、スループットを大幅に向上させることができる。マルチビーム描画装置の一形態であるブランキングアパーチャアレイを使ったマルチビーム描画装置では、例えば、１つの電子銃から放出された電子ビームを複数の開口を持った成形アパーチャアレイに通してマルチビーム（複数の電子ビーム）を形成する。マルチビームは、ブランキングアパーチャアレイのそれぞれ対応するブランカ内を通過する。

ブランキングアパーチャアレイはビームを個別に偏向するための電極対と、その間にビーム通過用の開口を備えており、電極対（ブランカ）の一方をグラウンド電位で固定して他方をグラウンド電位とそれ以外の電位に切り替えることにより、それぞれ個別に、通過する電子ビームのブランキング偏向を行う。ブランカによって偏向された電子ビームは遮蔽され、偏向されなかった電子ビームは試料上に照射される。

成形アパーチャアレイは、ビーム照射に伴い温度が上がり、熱膨張により開口ピッチが変化する。成形アパーチャアレイの開口ピッチが変化すると、マルチビームのビームピッチが変化し、ブランキングアパーチャアレイの開口を通過しなくなるビームが発生し、試料面上に結像すべきビームアレイの一部が欠損するという問題があった。

冷却機構を設けて成形アパーチャアレイを冷却することが考えられるが、従来の成形アパーチャアレイでは、開口部も冷却され、低温になった開口部にコンタミネーションが成長し易くなり、開口形状が変化したり、開口が閉塞したりするという問題があった。

特開２０１７−１９９６１０号公報特開２０１６−７６４８９号公報特開２０１２−１８２０７８号公報特開２０１４−１７５５７３号公報特開２０１６−１９７５３１号公報

本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、熱膨張を防止するための冷却時における開口部の温度低下を抑え、コンタミネーションの発生を防止することができるアパーチャ部材及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様によるアパーチャ部材は、荷電粒子ビーム描画装置のアパーチャ部材であって、開口が設けられた基板と、前記開口を取り囲むように前記基板に設けられ、前記基板の材料よりも熱抵抗の高い高熱抵抗材料を含む高熱抵抗領域と、を備えるものである。

本発明の一態様によるアパーチャ部材において、前記高熱抵抗材料は、前記基板に形成された凹部に埋め込まれている。

本発明の一態様によるアパーチャ部材において、前記基板には前記開口が複数設けられており、各開口は、第１開口部と、前記第１開口部と連通し、前記第１開口部よりも径の小さい第２開口部とを有し、前記凹部の深さと、前記第１開口部の深さとが同一である。

本発明の一態様によるアパーチャ部材において、前記高熱抵抗材料は、前記基板に形成された貫通孔に埋め込まれている。

本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、荷電粒子ビームを放出する放出部と、複数の第１開口が形成された基板を有し、前記複数の第１開口が含まれる領域に前記荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第１開口を前記荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することによりマルチビームを形成する成形アパーチャアレイと、前記複数の第１開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第２開口が形成され、各第２開口にビームのブランキング偏向を行うブランカが設けられたブランキングアパーチャアレイと、前記成形アパーチャアレイの端部に接触し、前記成形アパーチャアレイを冷却する冷却部と、を備え、前記成形アパーチャアレイの前記基板には、前記複数の第１開口を取り囲むように、前記基板の材料よりも熱抵抗の高い材料を含む高熱抵抗領域が設けられているものである。

本発明によれば、熱膨張を防止するための冷却時における開口部の温度低下を抑え、コンタミネーションの発生を防止することができる。

本発明の実施形態によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。成形アパーチャアレイの平面図である。図２のIII-III線での断面図である。（ａ）（ｂ）は高熱抵抗領域の製造方法を説明する工程断面図である。成形アパーチャアレイの断面図である。成形アパーチャアレイの温度分布を示すグラフである。変形例による成形アパーチャアレイの平面図である。（ａ）〜（ｄ）は変形例による成形アパーチャアレイの平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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。但し、荷電粒子ビームは電子ビームに限るものでなく、イオンビーム等でもよい。

図１は、実施形態に係る描画装置の概略構成図である。図１に示す描画装置１００は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置の一例である。描画装置１００は、電子鏡筒１０２と描画室１０３とを備えている。電子鏡筒１０２には、電子銃１１１、照明レンズ１１２、成形アパーチャアレイ１０、冷却部２０、ブランキングアパーチャアレイ３０、縮小レンズ１１５、制限アパーチャ部材１１６、対物レンズ１１７及び偏向器１１８が配置されている。

ブランキングアパーチャアレイ３０は実装基板４０に実装（搭載）されている。実装基板４０の中央部には、電子ビーム（マルチビーム１３０Ｍ）が通過するための開口４２が形成されている。

描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画時には描画対象の基板１０１が配置される。基板１０１は、半導体装置を製造する際の露光用マスク、或いは、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等でもよい。また、基板１０１は、レジストが塗布された、まだ何も描画されていないマスクブランクスでもよい。

図２に示すように、成形アパーチャアレイ１０には、縦ｍ列×横ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の開口（第１開口）１２が所定の配列ピッチで形成されている。各開口１２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。開口１２の形状は、円形であっても構わない。

電子銃１１１（放出部）から放出された電子ビーム１３０は、照明レンズ１１２によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ１０全体を照明する。電子ビーム１３０が成形アパーチャアレイ１０の複数の開口１２を通過することによって、複数の電子ビーム（マルチビーム１３０Ｍ）が形成される。

ブランキングアパーチャアレイ３０は、成形アパーチャアレイ１０の下方に設けられ、成形アパーチャアレイ１０の各開口１２の配置位置に合わせて通過孔（第２開口）３２が形成されている。各通過孔３２には、対となる２つの電極の組からなるブランカが配置される。ブランカの片方はグラウンド電位で固定されており、他方をグラウンド電位と別の電位に切り替える。各通過孔３２を通過する電子ビームは、ブランカに印加される電圧によってそれぞれ独立に偏向される。このように、複数のブランカが、成形アパーチャアレイ１０の複数の開口１２を通過したマルチビーム１３０Ｍのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う。

ブランキングアパーチャアレイ３０を通過したマルチビーム１３０Ｍは、縮小レンズ１１５によって、縮小され、制限アパーチャ部材１１６の中心の穴に向かって進む。ここで、ブランキングアパーチャアレイ３０のブランカによって偏向された電子ビームは、制限アパーチャ部材１１６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材１１６によって遮蔽される。一方、ブランカによって偏向されなかった電子ビームは、制限アパーチャ部材１１６の中心の穴を通過する。ブランカのオン／オフによって、ブランキング制御が行われ、ビームのオン／オフが制御される。

制限アパーチャ部材１１６は、複数のブランカによってビームオフの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。ビームオンになってからビームオフになるまでに形成された、制限アパーチャ部材１１６を通過したビームにより１回分のショットのビームが形成される。

制限アパーチャ部材１１６を通過したマルチビームは、対物レンズ１１７により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となる。偏向器１１８によってマルチビーム全体が同方向にまとめて偏向され、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。ＸＹステージ１０５が連続移動している時、ビームの照射位置がＸＹステージ１０５の移動に追従するように偏向器１１８によって制御される。

一度に照射されるマルチビームは、理想的には成形アパーチャアレイ１０の複数の開口１２の配列ピッチに、上述した所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。描画装置１００は、ショットビームを連続して順に照射していくラスタースキャン方式で描画動作を行い、所望のパターンを描画する際、不要なビームはブランキング制御によりビームオフに制御される。

成形アパーチャアレイ１０はマルチビーム１３０Ｍを成形する際、電子ビーム１３０の大部分を阻止するため発熱して熱膨張し得る。そのため、冷却部２０が成形アパーチャアレイ１０を冷却する。

例えば、冷却部２０は、成形アパーチャアレイ１０の端部（周縁部）に接触する冷却板２２、冷却水を流した冷却板２４、及び冷却板２２と冷却板２４とを接続する伝熱ケーブル２６を有する。冷却部２０は、ペルチェ素子を用いたものでもよい。

図２は成形アパーチャアレイ１０の平面図であり、図３は図２のIII-III線での断面図である。図２、図３に示すように、成形アパーチャアレイ１０は基板１１を有し、基板１１の中央部に複数の開口１２が設けられている。基板１１は例えばシリコン基板である。

基板１１には、開口１２が形成された領域を囲むように、基板１１の材料よりも熱抵抗の高い材料で形成された高熱抵抗領域１４が設けられている。高熱抵抗領域１４は、例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すように、基板１１に溝（凹部）１５を形成し、溝１５に低熱伝導素材（高熱抵抗材料）１６を埋め込むことで形成できる。

低熱伝導素材１６には、例えば、チタン等の金属、フッ素樹脂、ジルコニア等のセラミックスなどの熱伝導率の低い材料を用いることができる。また、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を用いてもよい。また、溝１５内に何も設けない構成としてもよい。

成形アパーチャアレイ１０に設けられる開口１２は、マルチビーム１３０Ｍを形成するために、その径を小さくする必要がある。しかし、基板１１にはある程度の厚みが必要であり、一様な径の孔を加工することは、アスペクト比の関係上、困難である。そのため、図５に示すように、開口１２を、基板１１の一方の面から形成された開口部１２ａと、開口部１２ａと連通し、基板１１の他方の面へ貫通し、開口部１２ａよりも径の小さい開口部１２ｂとで構成する。

例えば、基板１１の一方の面から開口部１２ａを形成する。続いて、開口部１２ａの位置に合わせて、基板１１の他方の面から、開口部１２ａと連通するように、開口部１２ｂを形成する。

開口部１２ａを形成する際に、高熱抵抗領域１４用の溝１５も形成することが好ましい。開口部１２ａの深さと、溝１５の深さとが（ほぼ）同じになる。

開口１２を取り囲むように高熱抵抗領域１４を設けた成形アパーチャアレイ１０の周縁部に冷却板２２を接触させて、成形アパーチャアレイ１０を冷却した場合、図６に示すように、高熱抵抗領域１４よりも外側（外周側）では、成形アパーチャアレイ１０の温度を低く保つことができる。そのため、成形アパーチャアレイ１０の熱膨張を防止できる。また、高熱抵抗領域１４よりも外側の領域に回路素子等の部品が取り付けられている場合、この部品への熱によるダメージを抑えることができる。

高熱抵抗領域１４よりも内側（中心側）では、成形アパーチャアレイ１０が高温となり、開口１２でのコンタミネーションの発生・成長を防止できる。

一方、高熱抵抗領域１４を設けない場合は、開口１２が形成された領域の温度が低下し、コンタミネーションが発生し易くなる。

このように、本実施形態によれば、成形アパーチャアレイ１０の熱膨張を防止するために成形アパーチャアレイ１０をその周縁部から冷却した際に、開口１２が形成された中心部の温度低下を抑え、コンタミネーションの発生を防止することができる。

上記実施形態では、開口形成領域を取り囲むように高熱抵抗領域１４を矩形環状に形成する例について説明したが、図７に示すように、円環状の高熱抵抗領域１４Ｒを形成してもよい。

上記実施形態では、基板１１に形成した溝１５に低熱伝導素材を埋め込むことで高熱抵抗領域を形成する例について説明したが、基板１１を貫通する貫通孔に低熱伝導素材を埋め込むことで高熱抵抗領域を形成してもよい。貫通孔に何も埋め込まない構成としてもよい。

この場合、例えば、図８（ａ）に示すように、４本の直線状の高熱抵抗領域１４Ａを、それぞれが矩形の１辺となるように配置してもよい。また、図８（ｂ）〜（ｄ）に示すように、複数の小サイズの高熱抵抗領域１４Ｂ〜１４Ｄを、矩形環状又は円環状に間隔を空けて配置してもよい。

上記実施形態では、マルチビームを形成するための成形アパーチャアレイに高熱抵抗領域１４を設ける例について説明したが、シングルビームの描画装置に設置されるアパーチャにも適用できる。また、描画装置だけでなく、荷電粒子ビームを用いた検査装置に設置されるアパーチャにも適用できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０成形アパーチャアレイ
１１基板
１２開口
１４高熱抵抗領域
２０冷却部
３０ブランキングアパーチャアレイ

Claims

荷電粒子ビーム描画装置のアパーチャ部材であって、
開口が設けられた基板と、
前記開口を取り囲むように前記基板に設けられ、前記基板の材料よりも熱抵抗の高い高熱抵抗材料を含む高熱抵抗領域と、
を備え、
前記高熱抵抗材料は、前記基板に形成された凹部に埋め込まれていることを特徴とするアパーチャ部材。
前記基板には前記開口が複数設けられており、
各開口は、第１開口部と、前記第１開口部と連通し、前記第１開口部よりも径の小さい第２開口部とを有し、
前記凹部の深さと、前記第１開口部の深さとが同一であることを特徴とする請求項１に記載のアパーチャ部材。
荷電粒子ビーム描画装置のアパーチャ部材であって、
開口が設けられた基板と、
前記開口を取り囲むように前記基板に設けられ、前記基板の材料よりも熱抵抗の高い高熱抵抗材料を含む高熱抵抗領域と、
を備え、
前記高熱抵抗材料は、前記基板に形成された貫通孔に埋め込まれていることを特徴とするアパーチャ部材。
荷電粒子ビームを放出する放出部と、
複数の第１開口が形成された基板を有し、前記複数の第１開口が含まれる領域に前記荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第１開口を前記荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することによりマルチビームを形成する成形アパーチャアレイと、
前記複数の第１開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第２開口が形成され、各第２開口にビームのブランキング偏向を行うブランカが設けられたブランキングアパーチャアレイと、
前記成形アパーチャアレイの端部に接触し、前記成形アパーチャアレイを冷却する冷却部と、
を備え、
前記成形アパーチャアレイの前記基板には、前記複数の第１開口を取り囲むように、前記基板の材料よりも熱抵抗の高い高熱抵抗材料を含む高熱抵抗領域が設けられており、前記高熱抵抗材料は、前記基板に形成された凹部に埋め込ま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。
荷電粒子ビームを放出する放出部と、
複数の第１開口が形成された基板を有し、前記複数の第１開口が含まれる領域に前記荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第１開口を前記荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することによりマルチビームを形成する成形アパーチャアレイと、
前記複数の第１開口を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームが通過する複数の第２開口が形成され、各第２開口にビームのブランキング偏向を行うブランカが設けられたブランキングアパーチャアレイと、
前記成形アパーチャアレイの端部に接触し、前記成形アパーチャアレイを冷却する冷却部と、
を備え、
前記成形アパーチャアレイの前記基板には、前記複数の第１開口を取り囲むように、前記基板の材料よりも熱抵抗の高い高熱抵抗材料を含む高熱抵抗領域が設けられており、前記高熱抵抗材料は、前記基板に形成された貫通孔に埋め込ま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。