JP7359050B2 - マルチビーム用のブランキング装置及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

マルチビーム用のブランキング装置及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置 Download PDF

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Description

本発明は、マルチビーム用のブランキング装置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、半導体デバイスの回路の配線幅と配線ピッチは年々微細化されてきている。このような半導体デバイス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をArF等のレーザーを用いてウェーハ上に縮小転写する手法(光リソグラフィー)が採用されている。近年では、さらに微細なパターンを形成するために、極端紫外線を用いたEUVリソグラフィーが採用され始めている。EUVリソグラフィーでは複数の材料からなる多層構造を有するマスクが用いられる。いずれのマスクにおいても、高精度の原画パターンの製作には、電子ビーム描画装置によってマスクブランク(試料)上のレジストを選択的に露光してパターンを形成する、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。
電子ビーム描画装置として、例えば、マルチビームを用いて一度に多くのビームを照射し、スループットを向上させたマルチビーム描画装置が知られている。このマルチビーム描画装置では、例えば、電子銃から放出された電子ビームが、複数の開口を有する成形アパーチャアレイ基板を通過することでマルチビーム(複数の電子ビーム)が形成される。マルチビームは、ブランキングプレート(ブランキングアパーチャアレイ基板)のそれぞれ対応するブランカ内を通過する。ブランキングプレートは、ビームを個別に偏向するための電極対(ブランカ)を有し、電極対の間にビーム通過用の開口が形成されている。ブランカの一方の電極(グランド電極)をグランド電位に固定し、他方の電極(ブランキング電極)をグランド電位とそれ以外の電位とに切り替えることにより、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て試料上でオフとなり、偏向されなかった電子ビームはオンビームとして試料上に照射される。
ブランキングプレートは、複数の開口が形成された基板と、各開口の周囲に形成されたブランカと、ブランカへの電圧の印加を行う制御回路部とを備えている。通常、制御回路部を構成するMOSトランジスタの形成後には、通常の半導体デバイスと同様に基板表面にシリコン窒化膜等の絶縁膜からなるパッシベーション膜(保護膜)が形成される。ブランキングプレートの表面に絶縁膜が露出していると、電子ビームが照射された場合に、この絶縁膜が帯電し、MOSトランジスタのゲート絶縁膜等が静電破壊されてブランキング制御ができなくなったり、帯電による電界で開口を通過するビームの軌道が変化し、照射位置のずれやデフォーカスを生じさせ、描画精度が低下したりするという問題があった。
そのため、保護膜上に帯電防止膜を設け、保護膜の帯電を防止していた。この帯電防止膜は、グランド電極やブランキングプレート端部でグランド配線に接続されていた。しかし、何らかの原因で帯電防止膜にグランド接続不良が生じると、散乱電子等により帯電防止膜が局所的に帯電し電位勾配が生じ、また、ブランキング電極との短絡が生じると、ブランキング電極に電圧が印加された際に、帯電防止膜に局所的な電位勾配が生じる。これらの現象により電子ビームが意図しない方向に偏向されることによって描画精度が低下する等の影響を与えることがあった。
特許第3125149号公報 特開2000-114147号公報 特開2015-023286号公報 特開2001-109018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、帯電防止膜に局所的な帯電及び電位勾配が生じることを防止し、描画精度を向上させることができるマルチビーム用のブランキング装置、及びこのようなブランキング装置を備えた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マルチビーム用のブランキング装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた帯電防止膜と、それぞれ、前記半導体基板及び前記絶縁膜に形成された貫通孔に対応して該絶縁膜上に設けられたブランキング電極及びグランド電極を有する複数のセルと、前記絶縁膜中に設けられたグランド配線と、を備え、前記帯電防止膜と前記グランド配線とが前記グランド配線上の前記絶縁膜を貫通して形成された接続部で接続されており、前記接続部は前記グランド電極とは異なる場所に設けられているものである。
本発明の一態様によるブランキング装置において、前記接続部は、前記セル毎に設けられる。
本発明の一態様によるマルチビーム用のブランキング装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた帯電防止膜と、それぞれ、前記半導体基板及び前記絶縁膜に形成された貫通孔に対応して該絶縁膜上に設けられたブランキング電極及びグランド電極を有する複数のセルと、前記絶縁膜中に設けられたグランド配線と、を備え、前記帯電防止膜と前記グランド配線とが前記グランド配線上の前記絶縁膜を貫通して形成された接続部で接続されており、前記接続部は、前記絶縁膜に設けられた開口部に形成された前記帯電防止膜を有する。
本発明の一態様によるブランキング装置において、前記接続部では、前記絶縁膜に埋め込まれた導体を介して、前記帯電防止膜と前記グランド配線とが接続されている。
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、対象物を載置する、移動可能なステージと、生成された荷電粒子のマルチビームに対してそれぞれ個別にビームのON/OFF制御を行う本発明のブランキング装置と、前記ブランキング装置を通過した各ビームが前記対象物上のそれぞれの照射位置に照射されるように、各ビームをまとめて偏向する偏向器と、を備えるものである。
本発明によれば、帯電防止膜に局所的な帯電及び電位勾配が生じることを防止し、描画精度を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る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基板の概略図である。 ブランキング装置の構成を示す概念図である。 セルの模式図である。 セルの断面図である。 セルアレイの概略構成図である。 (a)は比較例によるセルアレイの等価回路図であり、(b)は実施形態によるセルアレイの等価回路図である。 セルの模式図である。 セルアレイの概略構成図である。 (a)は比較例による帯電防止膜の等価回路図であり、(b)は実施形態による帯電防止膜の等価回路図である。 セルの断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態によるブランキング装置が取り付けられるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。本実施形態では、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はなく、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームでもよい。
図1に示すマルチ電子ビーム描画装置は、電子鏡筒2及び描画室20を有している。電子鏡筒2内には、電子銃4、照明レンズ6、成形アパーチャアレイ基板8、ブランキング装置10、縮小レンズ12、制限アパーチャ部材14、対物レンズ16、及び偏向器18が配置されている。描画室20内には、XYステージ22が配置される。XYステージ22上には、描画対象基板となるマスクブランク24が載置されている。対象物として、例えば、ウェーハや、ウェーハにエキシマレーザを光源としたステッパやスキャナ等の縮小投影型露光装置や極端紫外線露光装置(EUV)を用いてパターンを転写する露光用のマスクが含まれる。また、描画対象基板には、例えば、既にパターンが形成されているマスクも含まれる。例えば、レベンソン型マスクは2回の描画を必要とするため、1度描画されマスクに加工された物に2度目のパターンを描画することもある。XYステージ22上には、さらに、XYステージ22の位置測定用のミラー26が配置される。
電子銃4から放出された電子ビーム30は、照明レンズ6によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板8を照明する。図2は、成形アパーチャアレイ基板8の構成を示す概念図である。成形アパーチャアレイ基板8には、縦(y方向)m列×横(x方向)n列(m,n≧2)の開口80が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。各開口80は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。各開口80は、同じ外径の円形であっても構わない。
電子ビーム30は、成形アパーチャアレイ基板8のすべての開口80が含まれる領域を照明する。これらの複数の開口80を電子ビーム30の一部がそれぞれ通過することで、図1に示すようなマルチビーム30a~30eが形成されることになる。
後述するように、ブランキング装置10には、成形アパーチャアレイ基板8の各開口80の配置位置に合わせて貫通孔(図4、5における貫通孔110)が形成され、各貫通孔には、対となる2つの電極からなるブランカ(図5におけるグランド電極102及びブランキング電極104からなるブランカ101)が、それぞれ配置される。各貫通孔を通過するマルチビーム30a~30eは、それぞれ独立に、ブランカが印加する電圧によって偏向される。このビーム偏向によってブランキング制御が行われる。ブランキング装置10により、成形アパーチャアレイ基板8の複数の開口80を通過したマルチビームの各々に対してブランキング偏向が行われる。
ブランキング装置10を通過したマルチビーム30a~30eは、縮小レンズ12によって、各々のビームサイズ及び配列ピッチが縮小され、クロスオーバーに設置された制限アパーチャ部材14に形成された中心の開口に向かって進む。ここで、ブランキング装置10のブランカにより偏向されたビームは、その軌道が変位し、制限アパーチャ部材14の中心の開口から位置がはずれ、制限アパーチャ部材14によって遮蔽される。一方、ブランキング装置10の電極によって偏向されなかったビームは、制限アパーチャ部材14の中心の開口を通過する。
制限アパーチャ部材14は、ブランキング装置10のブランカによってビームOFF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ONになってからビームOFFになるまでに制限アパーチャ部材14を通過したビームが、1回分のショットのビームとなる。制限アパーチャ部材14を通過したマルチビーム30a~30eは、対物レンズ16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。制限アパーチャ部材14を通過した各ビーム(マルチビーム全体)は、偏向器18によって同方向にまとめて偏向され、各ビームのマスクブランク24上のそれぞれの照射位置に照射される。
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基板8の複数の開口80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。この描画装置は、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、パターンに応じて必要なビームがブランキング制御によりビームONに制御される。XYステージ22が連続移動している時、ビームの照射位置がXYステージ22の移動に追従するように偏向器18によって制御される。
マルチ電子ビーム描画装置の各部は図示しない制御装置により制御される。制御装置は、描画データに対し複数段のデータ変換処理を行って装置固有のショットデータを生成する。ショットデータには、各ショットの照射量及び照射位置座標等が定義される。制御装置は、各ショットの照射量を電流密度で割って照射時間tを求め、対応するショットが行われる際、照射時間tだけビームONするように、ブランキング装置10の対応するブランカに偏向電圧を印加する。
また、制御装置は、ショットデータが示す位置(座標)に各ビームが偏向されるように偏向量を演算し、偏向器18に偏向電圧を印加する。これにより、その回にショットされるマルチビームがまとめて偏向される。
次に、図3~図5を用いてブランキング装置10の構成について説明する。図3に示すように、ブランキング装置10は、セルアレイ領域100と、セルアレイ領域100の周囲に設けられた制御回路150と、周縁部に設けられたパッド部160とを備える。なお、制御回路150はセルアレイ領域100の周縁部に置かれると限ったものではなく、ブランキング装置10作製上支障のない範囲に配置してもよい。
制御回路150は、配線152、パッド部160、及び図示しない外部配線を介して外部制御装置からブランキング制御信号を受信する。配線152はMOSトランジスタの形成時に形成されるためパッシベーション膜の下に配置されている。制御回路150は、ブランキング制御信号を受信すると、ブランキング制御信号用配線142を介してブランキング電極104(図5参照)に電圧を印加し、ブランキング偏向を行う。制御回路150は、MOS等で回路が構成され、最終段にはドライバとしてCMOSインバータが設けられる。
パッド部160は、グランド電極パッドを含む。グランド電極102は、グランド配線140(図5参照)や配線152を介して、グランド電極パッドに接続されている。
セルアレイ領域100には、図4に示すような、貫通孔110と、貫通孔110を挟んで対向する一対のグランド電極102及びブランキング電極104と、を有する1組のセルCが、複数組形成されている。複数組のセルCは、貫通孔110が、成形アパーチャアレイ基板8の各開口80の配置位置に対応するように、マトリクス状に配列されている。
図5は、ブランキング装置10のセルアレイ領域100の断面図である。図5に示すように、ブランキング装置10は、基板120、基板120上に設けられた絶縁膜128、絶縁膜128上に設けられたグランド配線140及びブランキング制御信号用配線142、グランド配線140及びブランキング制御信号用配線142上に設けられた絶縁膜130、絶縁膜130上に設けられた保護膜(パッシベーション膜)132、保護膜132上に設けられた帯電防止膜134、グランド電極102及びブランキング電極104を有する。
基板120は、例えば、シリコン層122とシリコン層126との間にシリコン酸化膜124を挿入したSOI(Silicon On Insulator)基板を用いてもよい。
絶縁膜128、130は例えばシリコン酸化膜である。保護膜132は例えばシリコン窒化膜である。グランド配線140及びブランキング制御信号用配線142は例えばアルミニウムや銅やコバルトである。帯電防止膜134は、例えば金属薄膜や導電性ポリマーを含むものなど、公知の材料を使用することができる。
セルアレイ領域100では、保護膜132、絶縁膜130、絶縁膜128及び基板120を貫通した貫通孔110に隣接して、保護膜132上にグランド電極102及びブランキング電極104が対向して配置される。
グランド電極102は、保護膜132及び絶縁膜130を貫通して、下層のグランド配線140に接続される。ブランキング電極104は、保護膜132及び絶縁膜130を貫通して、下層のブランキング制御信号用配線142に接続される。
なお、セルアレイ領域100の外側では、シリコン層126に制御回路150を構成するCMOSトランジスタ等が形成される。
セルCには、保護膜132及び絶縁膜130を貫通して下層のグランド配線140を露出する開口H(ホール)が設けられている。帯電防止膜134は、開口Hの側面(側壁)及びグランド配線140の表面にも設けられており、開口Hを介してグランド配線140に接続している。すなわち、開口Hの側面に設けられた帯電防止膜134が、保護膜132及びグランド配線140上の絶縁膜130を貫通して形成された、保護膜132上の帯電防止膜134と、下層のグランド配線140とを接続する接続部となる。
開口Hは、各セルCに、1又は複数設けられている。すなわち、帯電防止膜134とグランド配線140との接続部が、セルC毎に設けられている。これにより、帯電防止膜134のグランド接続不良が発生することを防止できるため、帯電防止膜134に局所的な電位勾配が生じることを防止し、描画精度を向上させることができる。
ブランキング装置10の製作においては、まず、公知のCMOSプロセスにより基板120に制御回路150を構成するトランジスタ等を形成し、基板120上に絶縁膜128を形成する。絶縁膜128は所謂、層間絶縁膜であって、複数層形成されていてもよい。次に、絶縁膜128上に、配線層を形成し、パターン加工して、グランド配線140及びブランキング制御信号用配線142を形成する。グランド配線140の表面にバリアメタルを形成してもよい。
次に、グランド配線140及びブランキング制御信号用配線142を覆うように絶縁膜130を形成する。次に、絶縁膜130上に保護膜132を形成する。次に、基板120をエッチングして複数の貫通孔110を形成する。
次に、保護膜132及び絶縁膜130を貫通し、グランド配線140の表面を露出する開口Hを形成する。例えば、開口Hは、各貫通孔110の近傍に1又は2箇所程度形成する。次に、保護膜132上に帯電防止膜134を形成する。このとき、開口Hの側面及び開口Hにより露出されているグランド配線140の表面にも帯電防止膜134が形成されるようにする。これにより、グランド配線140と、保護膜132上の帯電防止膜134とを接続する接続部が形成される。次に、帯電防止膜134をパターン加工し、電極形成領域の帯電防止膜134を除去する。これにより、後で作製するブランキング電極104と帯電防止膜134とが短絡しないようにする。
次に、保護膜132及び絶縁膜130を貫通し、グランド配線140及びブランキング制御信号用配線142の表面を露出する開口を形成する。続いて、Au等の電解めっきを行い、グランド配線140に接続するグランド電極102、及びブランキング制御信号用配線142に接続するブランキング電極104を形成する(電解めっきで必要となるシード層は図示せず)。
このようにして、帯電防止膜134とグランド配線140との接続部がセル毎に設けられたブランキング装置10を製造することができる。
セルアレイ領域100においてセルCをアレイ状に配置するにあたり、図6に示すように、隣接するセルCのグランド電極102を連結し、所定方向(図中左右方向)に延在するライン状のグランド電極102となるようにしてもよい。
帯電防止膜134とグランド配線140との接続部をセルC毎に設けていない場合、図7(a)に示すように、帯電防止膜134を通じて隣接するセルCの開口部や貫通孔110の側壁に電位Eが現れ、電子ビームが意図しない方向に偏向されるおそれがある。一方、本実施形態のように、帯電防止膜134とグランド配線140との接続部がセルC毎に設けられている場合、図7(b)に示すように、隣接するセルCの電位が変化することを防止できる。
グランド電極102は、一方向に延在するものに限定されず、第1方向及び第1方向に直交する第2方向に延在するものであってもよい。例えば、図8に示すような平面視形状がL字状のグランド電極102であってもよい。
また、セルアレイ領域100においてセルCをアレイ状に配置するにあたり、隣接するセルCのL字状のグランド電極102を連結し、図9に示すように、グランド電極102が格子状となるようにしてもよい。グランド電極102に囲まれた領域内に、ブランキング電極104、貫通孔110及び開口Hが設けられ、1組のセルCとなる。
なお、グランド電極102に囲まれていても、帯電防止膜134とグランド電極102の接続に不良が生じると散乱電子等により帯電防止膜134が帯電し、図10(a)に示すように、帯電防止膜134上に電位Vcが生じる。この帯電で生じた電界によって隣接するセルの電子ビームが意図しない方向に偏向されるおそれがある。一方、本実施形態のように、帯電防止膜134とグランド配線140との接続部がセルC毎に設けられている場合、図10(b)に示すように、帯電防止膜134はセル毎に確実にグランド電位を得ることができる。
上記実施形態では、帯電防止膜134とグランド配線140との接続部は、開口Hの側壁にも帯電防止膜134を形成することで、帯電防止膜134と下層のグランド配線140とを直接的に接続する構成としていたが、図11に示すように、開口Hにタングステン等の金属プラグ106を埋め込み、保護膜132及び金属プラグ106上に帯電防止膜134を形成してもよい。帯電防止膜134は、接続部となる金属プラグ106を介してグランド配線140に電気的に接続される。なお、接続部は、開口Hに導体が埋め込まれたものであればよく、導体として、例えば、Cu(銅)、Al(アルミニウム)、ポリシリコンなどを用いることができる。
また、帯電防止膜134とグランド配線140とは必ずしも接続部のみで接続されなくても良い。グランド電極102や絶縁膜上に形成されたグランド配線上に帯電防止膜134が設けられる構成では、帯電防止膜134とグランド配線140は、グランド電極102等を介して接続部で接続される。
開口Hに形成される接続部は、セル内に1個以上設けることが好ましいが、必ずしもセル内に1個以上設ける必要はなく、描画精度に影響を与えない程度に局所的な帯電及び電位勾配を十分抑制できれば、接続部を有しないセルがあってもよい。また、セル内に複数の接続部が設けられてもよい。
帯電防止膜134として、グランド電極102及びブランキング電極104よりも高抵抗であり、保護膜132や絶縁膜130よりも低抵抗である高抵抗膜を用い、この高抵抗膜を、グランド電極102及びブランキング電極104の形成後、ブランキング装置10の全面に形成してもよい。
この高抵抗膜は、電極間がショートせず、かつ電子が高抵抗膜を介してグランド配線140から流出し、負の電荷が溜まらない程度の抵抗値を有する。高抵抗膜は、ブランキング電極104に接続されていてもよい。
高抵抗膜には、例えばAu(金)、Ag(銀)、Cu(銅)、Fe(鉄)、Cr(クロム)、CrN(窒化クロム)、Ti(チタン)、TiN(窒化チタン)、TaN(窒化タンタル)、TiC(炭化チタン)、Pt(白金)などの金属薄膜を用いることができる。金属薄膜はその膜厚が数十nm程度になると、膜厚の減少に伴い、電気抵抗値が急激に高くなる。高抵抗膜には、膜厚が数十nm、好ましくは数nmの金属薄膜を用いる。
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。
2 電子鏡筒
4 電子銃
6 照明レンズ
8 成形アパーチャアレイ基板
10 ブランキング装置
12 縮小レンズ
14 制限アパーチャ部材
16 対物レンズ
18 偏向器
20 描画室
22 XYステージ
24 マスクブランク
26 ミラー
100 セルアレイ領域
101 ブランカ
102 グランド電極
104 ブランキング電極
110 貫通孔
120 基板
132 保護膜
134 帯電防止膜
140 グランド配線

Claims (5)

  1. マルチビーム用のブランキング装置であって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板上に設けられた絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に設けられた帯電防止膜と、
    それぞれ、前記半導体基板及び前記絶縁膜に形成された貫通孔に対応して該絶縁膜上に設けられたブランキング電極及びグランド電極を有する複数のセルと、
    前記絶縁膜中に設けられたグランド配線と、
    を備え、
    前記帯電防止膜と前記グランド配線とが前記グランド配線上の前記絶縁膜を貫通して形成された接続部で接続されており、
    前記接続部は前記グランド電極とは異なる場所に設けられていることを特徴とするブランキング装置。
  2. 前記接続部は、前記セル毎に設けられることを特徴とする請求項1に記載のブランキング装置。
  3. マルチビーム用のブランキング装置であって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板上に設けられた絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に設けられた帯電防止膜と、
    それぞれ、前記半導体基板及び前記絶縁膜に形成された貫通孔に対応して該絶縁膜上に設けられたブランキング電極及びグランド電極を有する複数のセルと、
    前記絶縁膜中に設けられたグランド配線と、
    を備え、
    前記帯電防止膜と前記グランド配線とが前記グランド配線上の前記絶縁膜を貫通して形成された接続部で接続されており、
    前記接続部は、前記絶縁膜に設けられた開口部に形成された前記帯電防止膜を有することを特徴とするブランキング装置。
  4. 前記接続部では、前記絶縁膜に埋め込まれた導体を介して、前記帯電防止膜と前記グランド配線とが接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のブランキング装置。
  5. 対象物を載置する、移動可能なステージと、
    生成された荷電粒子のマルチビームに対してそれぞれ個別にビームのON/OFF制御を行う請求項1乃至4のいずれかに記載のブランキング装置と、
    前記ブランキング装置を通過した各ビームが前記対象物上のそれぞれの照射位置に照射されるように、各ビームをまとめて偏向する偏向器と、
    を備えるマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
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