JP2922188B1 - 電子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 対物レンズと試料との間のスペースを狭くす
ることなく、薄板を重ねた構造の反射防止機構を簡易に
取り付ける。 【解決手段】 電子ビームの照射により試料表面から放
出される反射電子或いは二次電子の試料側への再反射を
防止するために、試料と対向する対物レンズ下面に反射
防止機構を設けた電子ビーム描画装置において、反射防
止機構は、複数の開口を持つ薄板１を複数枚重ね、各々
の開口を接続して反射電子或いは二次電子の放出を抑え
るための孔が形成されるように構成され、反射防止機構
を対物レンズ下面に固定するためのネジの頭部が反射防
止機構の下面よりも対物レンズ側に沈む構造となってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の微細
パターンの描画等に用いられる電子ビーム描画装置に係
わり、特に試料面上方における反射防止構造の改良をは
かった電子ビーム描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最先端の半導体製造プロセスのうちリソ
グラフィープロセスにおいては、今後電子ビームを用い
た電子ビーム描画装置が主流になると予想される。これ
は、電子ビーム描画には光を用いた描画にはない高い分
解能が得られるという大きな利点があるためである。

【０００３】電子ビーム描画装置では、図６に示すよう
に、マスクやウェハ等の試料６３上に塗布されたレジス
ト６２に、対物レンズ６１を通して電子ビーム（入射電
子）７１を照射し、さらにパターンに応じて該ビーム７
１を走査する。このとき、試料表面で反射或いは散乱し
た反射電子７３は対物レンズ６１の下面で再び反射さ
れ、この再反射電子７４が試料表面に戻ってくる。そし
て、この再反射電子７４によってもレジスト６２が感光
される。つまり、再反射電子７４によって電子ビームを
入射した場所以外の試料表面上のレジスト６２が感光し
てしまう、いわゆる遠距離感光作用効果が生じ、これに
より描画精度の低下を招いてしまう。

【０００４】そこで従来、試料室上面（対物レンズ下
面）に炭素等の低原子番号材料で形成された反射防止板
を設置することにより、再反射電子の発生を抑える方法
が採用されている。ところが、要求される描画精度が高
くなるにつれて低原子番号の材料を用いるだけでは再反
射防止効果が不十分となる。また、反射防止板表面を平
板ではなく、複数の孔を開けた構造にすることも提案さ
れている。この場合、開口形状は開口率を高くするため
にハニカム構造にすることが望ましい。

【０００５】上記のような開口構造の反射防止板を通常
の機械加工によって作るには多大な加工時間がかかるた
め、コストが非常に高くなってしまう。また孔を支える
梁の部分に、加工に耐えるだけの太さが必要なため、開
口率を十分大きくすることが困難である。

【０００６】そこで本発明者らは、複数の開口を持つ薄
板を複数枚重ねて配置し、各々の開口を接続して反射電
子或いは二次電子の放出を抑える孔を形成した反射防止
機構を提案している。この場合、薄板を用いることによ
り、化学的なエッチング加工等によって開口率を容易に
高くすることができ、低コストで反射防止板を作製する
ことができる。

【０００７】しかし、等方的なエッチングで薄板を精度
良く加工するためには、その厚さを０．２ｍｍ程度以下
にする必要がある。そのような薄板を重ねて反射防止機
構を作製した場合、薄板を固定する方法が問題になる。

【０００８】即ち、薄板を重ねて反射防止機構を作製し
た場合、これを対物レンズの下面に固定するためのネジ
の頭が反射防止機構の下面よりも試料側に突き出る。一
方、電子ビームの収差を小さくするために、対物レンズ
の下面と試料との距離は小さくなっており、その中に反
射防止機構以外に、試料搬送用のステージやビーム調整
用の反射電子検出器（以下、ＳＳＤと略記する）、試料
位置測定用のセンサ（以下、Ｚセンサと略記する）など
様々な部品を挿入しなくてはならない。そのため、この
部分には空間的な余裕は殆どなく、ネジの頭など不要な
突起物が出ていると設計に大きな制約を受ける。

【０００９】また、従来の反射防止板はＳＳＤで測定す
る反射電子が通過する領域では、再反射電子を防止する
ための対策が十分ではなかった。さらに、Ｚセンサの光
が通過する部分も、再反射電子を防止するための対策が
なされていなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、薄板を重
ねた構造の反射防止機構にあっては、反射防止機構を固
定するためのネジの頭が試料側に突き出てしまい、対物
レンズの下面と試料との間のスペースを狭くしてしまう
という問題があった。また、ＳＳＤで測定する反射電子
が通過する領域やＺセンサの光が通過する領域の再反射
電子を低減する対策が十分ではなかった。

【００１１】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、薄板を重ねた構造の
反射防止機構を対物レンズ下部に簡易に取り付けること
ができ、且つこの取り付けのための固定部材によるレン
ズ・試料間のスペースの狭隘化を防止し得る電子ビーム
描画装置を提供することにある。また、本発明は上記に
加え、ＳＳＤやＺセンサのための開口部分からの反射電
子を低減し得る電子ビーム描画装置を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために、本発明は次のような構成を採用している。
即ち本発明は、電子ビームの照射により試料表面から放
出される反射電子或いは二次電子の試料側への再反射を
防止するために、試料と対向する対物レンズ下部に反射
防止機構を設けた電子ビーム描画装置において、前記反
射防止機構は、複数の開口を持つ薄板を複数枚重ね、各
々の開口を接続して反射電子或いは二次電子の放出を抑
えるための孔が形成されるように構成され、且つ該反射
防止機構を前記対物レンズ下部に固定するための固定部
材の最下部が前記反射防止機構の下面よりも前記対物レ
ンズ側に位置するように、該反射防止機構に凹部を設け
てなることを特徴とする。

【００１３】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 固定部材はネジからなり、該ネジの頭部が反射防止
機構の下面よりも対物レンズ側に位置すること。

【００１４】(2) 反射防止機構を構成する複数の薄板の
うち、試料に近い側にある薄板の一部は折り曲げ或いは
撓ませられ、この折り曲げ或いは撓ませられた部分が固
定部材で固定されていること。

【００１５】(3) 反射防止機構の対物レンズ側に反射電
子検出器を設け、電子ビーム照射位置が該反射電子検出
器を見込む領域において反射防止機構を構成する複数の
薄板に開口を設け、それぞれの開口を接続して電子ビー
ム照射位置と反射電子検出器上の点とを結ぶ直線に沿っ
た孔を設けてなること。

【００１６】(4) 反射防止機構を構成する複数の薄板に
試料位置検出器のレーザ光を通す孔を設け、且つその孔
の側壁が電子ビーム照射位置から見えないようになって
いること。

【００１７】（作用）本発明によれば、薄板を重ねた構
造の反射防止機構を対物レンズ下部に固定するためのネ
ジ等の頭部が反射防止機構の下面よりも対物レンズ側に
沈む構造としているので、反射防止機構をネジ等で固定
する際、ネジの頭が反射防止機構の中に埋め込まれる。
このため、ネジの頭が試料側に突出することはなく、対
物レンズの下面のスペースを有効に使うことができる。
また、ＳＳＤやＺセンサのために反射防止板に開口を必
要とする部分にも、反射電子の軌跡に沿った孔を設ける
ことにより、再反射電子を減らすことが可能になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。なお，電子ビーム描画装置の基
本構成は周知のものと何ら変わるところはないので、こ
こでは本発明の特徴である、対物レンズ下面に取り付け
る反射防止機構について説明する。

【００１９】（第１の実施形態）まず、図１に示すよう
な薄板１を加工形成する。電子の再反射を減らすために
は、原子番号Ｚの小さい物質を使う必要がある。このた
め、この薄板１はＣやＢｅなど原子番号の小さい材料を
機械加工やエッチングによって直接加工してもよいし、
ＣｕやＡｌなどを機械加工やエッチングによって加工し
てから、その表面にＢｅやＣ等原子番号の小さい物質を
蒸着やスパッタ，メッキなどによってコーティングして
もよい。

【００２０】コーティングする場合は、コーティング膜
の厚さは反射電子の到達深さより大きくする。加速電圧
５０ｋＶの電子ビーム描画装置の場合は、約１０μｍ以
上にすればよい。コーティングは薄板１枚毎に行っても
よいし、以下に説明するように薄板１を重ねて貼り付け
た後に、全部を一度コーティングしてもよい。

【００２１】薄板１の中心部には電子ビームを通過させ
るための開口２を作る。この開口２は、電子ビームを容
易に通すことができる範囲で小さくとる。図中の斜線で
示している領域３には、後述するように、反射電子を吸
収するための開口を作る。さらに、位置決めピンを通す
開口４、ネジを通す開口５、試料の位置を測定するため
の光センサ（Ｚセンサ）のための開口６を開ける。ま
た、薄板１同士を接着するために接着剤を塗るための溝
７を作る。

【００２２】薄板１の加工はリソグラフィ技術を使った
エッチングや機械加工で行う。エッチングで加工を行う
場合、まず薄板１の両側にレジストを塗布する。次い
で、開口部分はレジストを両面とも落とす。一方、溝７
の部分は溝を掘る面のレジストのみを落とし、裏面のレ
ジストは残しておく。開口部分のレジストが抜けるよう
に両側からエッチングを行うと、片面にレジストが残っ
ている溝７の部分は、片面のみがエッチングされ反対側
の面はエッチングされない。

【００２３】プロセス条件を調整すると、薄板１の途中
までエッチングされるようになり、所望の溝７が作られ
る。溝７と開口部分を別々に加工する方法も可能であ
る。この場合は、エッチングのプロセス条件を調整し
て、溝７の部分のみを作る。その後で、開口部分を作
る。この方法では薄板１の両面からエッチングを行い、
両面に溝を掘ることも可能である。薄板１の一部に、複
数の薄板１を重ねたときに何枚目の板になるのかを示す
文字或いはマークを入れておく。

【００２４】反射電子を吸収するための開口は、図２に
示すようなハニカム状に形成する。この開口を作る領域
３は反射電子の広がる領域にとる。反射電子の分布がコ
サイン分布であると仮定し、ビーム照射位置と反射防止
板の距離が１０ｍｍであるとすると、開口を作る領域３
をφ６０ｎｍにすると、反射電子の約９０％がこの開口
領域３に入ってくることになる。また、開口部の直径２
Ｒは薄板１を重ねた時の厚さの１／３以下になるように
する。さらに、開口率は８０％以上になるようにする。

【００２５】図３は、薄板１を重ねて組み合わせた場合
の断面図である。９はＳＳＤ、１０はＺセンサを示して
いる。Ｚセンサ１０は窓を通して真空の外に設置してあ
るが、簡略して図３のように示した。右がレーザの光源
で左が受光部である。なお、図には示さないが、この反
射防止機構は、対物レンズの下面にネジにより固定され
るものとなっている。

【００２６】図３に示すように、反射電子を吸収させる
ための開口領域３は反射電子の軌跡に沿った孔になるよ
うに配置する。つまり、反射電子を吸収させるための開
口領域３はビーム照射位置８を通る直線上に並ぶように
する。なお、試料から最も遠い場所にある薄板１’には
反射電子吸収のための開口３を作らない。但し、ＳＳＤ
９の前など開口が必要な場所には薄板１’にも開口を設
ける。このように開口を配置することにより、反射電子
は開口を接続して形成される孔に入り、孔のアスペクト
比が十分大きければ、孔に入った反射電子の殆どは再び
孔の外に出て来ることはない。

【００２７】電子ビーム照射位置８からＳＳＤ９を見込
む領域にも、反射電子の軌跡に沿って孔ができるよう
に、電子ビーム照射位置８とＳＳＤ９上の点とを結ぶ直
線に沿って開口を設ける。これにより、ＳＳＤ９の有効
面積を大きく損なうことなく、ＳＳＤ９で再反射される
電子が再び試料面に飛来することを防ぐことができる。
このような開口は、真空を引くためのコンダクタンスを
大きくするために開口が必要な領域などにも有効であ
る。

【００２８】また、Ｚセンサ１０の光を通す孔は、ビー
ム照射位置から引いた直線に沿って薄板１にそれぞれ開
口６を設け、さらに一つ下の薄板１の開口６はその上の
薄板１の開口６よりも小さくすることで、側壁からの反
射の影響を小さくする。

【００２９】複数の薄板１は貼り合わせておく。張り合
わせを行う時、位置決めピン４’で位置合わせを行う。
この位置決めピン４’は薄板１を貼り合わせた後、取り
外してもよい。貼り合わせの方法として、接着剤や金属
薄膜等を薄板と薄板の間に挟んで貼り付ける方法と、薄
板の間に何も挟まず、熱を加えることによって貼り合わ
せる方法がある。

【００３０】接着剤を用いる場合、接着剤を塗るための
溝７を開口の領域に重ならない場所に作る。また、薄膜
の間の残留気体が排気されるように隙間をあけて配置す
る。この溝７に接着剤を流し、位置決めピン４’を通す
開口４からなる孔にピンを通して位置を調整した状態で
薄板同士を接着する。この接着剤は装置の真空度を悪化
させることがないように、脱ガスの小さいものを用い
る。また、この接着剤が溝７からはみ出し、チャージア
ップが起こるような場所に接着剤が付着することがない
ようにする。薄板１を貼り合わせるために、導電性接着
剤や金属薄膜を使うことも可能である。

【００３１】薄板１を貼り合わせるための金属薄膜とし
ては、Ａｕ，Ａｇ，Ｉｎ等の軟らかい金属が適してい
る。材料の組み合わせによっては、貼り合わせた後に薄
板１を加熱した方がよい場合もある。なお、薄板１間に
挟んだ物質の厚さは無視できないので、その厚さを考慮
して設計を行う。また、薄板１間に接着のための物質を
挟まずに、拡散接合によって薄板同士を接合することも
できる。

【００３２】貼り合わせた薄板１はネジ止め用の孔５を
使って、ネジで固定する。ここで、ネジの頭が貼り合わ
せた薄板の中に埋まるようにネジ止め用の孔５を設計し
ておく。具体的には、試料側の薄板の複数枚にネジの頭
が隠れるようにネジ孔より大きな開口を設ける。これに
より、ネジの頭を反射防止機構の外に出す必要がなくな
る。

【００３３】なお、電子ビームやＸ線を透過させる薄膜
基板をメンブレンと呼ぶが、メンブレンにビームを照射
させる装置の場合は、照射されたビームの一部はメンブ
レンを透過するため反射防止板は試料の裏側（ビーム源
と反対側）にも配置される。従ってこの場合は、試料で
散乱された電子の軌跡に沿った孔が形成されるように開
口を作る。

【００３４】このように本実施形態によれば、薄板１を
貼り合わせた反射防止機構の中にネジの頭が埋まるよう
にネジ止め用の孔５を設計しているので、反射防止機構
をネジで固定する際に、ネジの頭が試料側に突出するこ
とはなく、対物レンズの下面のスペースを有効に使うこ
とができる。また、ＳＳＤやＺセンサのために開口を必
要とする部分にも、反射電子の軌跡に沿った孔を設けて
いるので、再反射電子を減らすことが可能になる。

【００３５】（第２の実施形態）図４及び図５は本発明
の第２の実施形態を説明するためのもので、反射防止機
構の構成と固定方法を示している。試料に近い側から何
枚かの薄板１にはエッチングによって、図４（ａ）の１
２のようにコの字型に切れ目を入れ、その内側にネジを
通す開口を作る。図中の１〜４は図１と同じである。残
りの薄板１には、図４（ｂ）の１３のように開口を作
る。

【００３６】図５は、これらの薄板を固定した状態を示
す断面図である。図５中の１５は図４（ａ）に示した薄
板１であり、１４は図４（ｂ）に示した薄板１である。
図４（ａ）の切れ目の部分１２を図４（ｂ）の開口１３
の中に折り込み、ネジ１６で固定する。ネジ１６の頭は
反射防止機構中に埋め込まれるため、効率良く対物レン
ズの下面と試料の間のスペースを使うことができる。切
れ目の部分１２は折り曲げずに撓ませて、その部分をネ
ジで固定してもよい。反射防止機構を構成する複数の薄
板１のうち図４（ａ）のように加工する枚数は、組み立
ての際、ネジの頭がその中に隠れ、薄板が歪んだりしな
いように調整すればよい。

【００３７】（第３の実施形態）図７は、反射防止版の
固定方法の別の実施形態を説明する図である。（ａ）は
反射防止版を上から見た図である。反射防止板は矩形で
あり、薄板を重ね合わせて作られている。反射防止板を
構成する薄板同士はピンで位置合わせをした後、拡散接
合によって張り合わせてある。矩形の反射防止板の中の
円形の領域に反射電子を吸収するための開口部及びＺセ
ンサの光を通過させるための孔が設けてある。

【００３８】（ｂ）は反射防止板を固定した状態の断面
図である。反射防止板の側面には図のような溝１６があ
る。この溝１６は張り合わせる薄板の形状を調整するこ
とにより実現される。一方、鏡筒には鈎の付いた固定部
材１７がある。この鈎の部分に反射防止板の溝１６を差
し込み、奥に突き当てる。さらに、（ｃ）に示すよう
に、突き当てられた辺と反対側の辺を固定するように板
１８をネジ止めする。この固定用板１８は反射防止板よ
りも試料側にはみ出さないようにする。

【００３９】この固定方法では、固定部材が反射防止板
より試料側に飛び出さない構造になっているので、試料
と反射防止板の間のスペースを有効に使うことができ
る。また、側面から反射防止板を取り出すことが可能で
あり、レジスト等の汚れが付着した場合反射防止板を装
置から取り出して洗浄することが容易になる。

【００４０】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、反射防止機構の固
定部材としてネジを用いる例を説明したが、これはネジ
に限られるものではなく、他の方法で固定することもで
きる。また、電子ビーム描画装置の光学系側の構成は何
ら限定されるものではなく、本発明は各種の装置に適用
できる。さらに、反射防止機構を構成する薄板の材料や
形状等は、仕様に応じて適宜変更可能である。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、薄
板を重ねた反射防止機構に凹部を設け、反射防止機構を
対物レンズ下部に固定するための固定部材の最下部が反
射防止機構の下面よりも対物レンズ側に位置するように
しているので、固定部材が対物レンズと反射防止機構と
の間に突出することもなく、反射防止機構を対物レンズ
下面にコンパクトに取り付けることができる。また、Ｓ
ＳＤやＺセンサのために必要となる孔を反射電子の軌跡
に沿って設けることにより、ＳＳＤやＺセンサのための
開口部分からの反射電子を減らすことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わる反射防止機構を成す薄
板の形状を示す平面図。

【図２】図１における反射防止のための開口の形を説明
するための模式図。

【図３】第１の実施形態に係わる反射防止機構及び周辺
部品の構造を示す断面図。

【図４】第２の実施形態に係わる反射防止機構に用いる
薄板の形状を示す平面図。

【図５】第２の実施形態に係わる反射防止機構の取り付
け方法を示す断面図。

【図６】遠距離相互作用の原理を説明するための図。

【図７】差し込みによる反射防止板の取り付け方法を示
す図。

【符号の説明】

１…反射防止機構を構成する薄板 １’…最も試料から遠い位置にある薄板 ２…ビームを通すための開口 ３…再反射電子を低減するための開口を作る領域 ４…位置決めピンを通す開口 ５…固定用ネジを通す開口 ６…Ｚセンサーの光を通す開口 ７…接着剤のための溝 ８…ビーム照射位置 ９…ＳＳＤ １０…Ｚセンサ １２…薄板固定用切れ込み １３…薄板固定用開口 １４…ネジ止めのための開口を開けた薄板 １５…ネジ止めのための切り込みを入れた薄板 １６…反射防止板固定用の溝 １７…鈎型の反射防止板の固定部材 １８…固定用板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉武 秀介 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 大木 健司 東京都中央区銀座四丁目２番11号 東芝 機械株式会社内 (72)発明者 東條 徹 東京都中央区銀座四丁目２番11号 東芝 機械株式会社内 (72)発明者 高松 潤 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平６−232032（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−134964（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−53021（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−147611（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−226121（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−99420（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−196556（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームの照射により試料表面から放出
   される反射電子或いは二次電子の試料側への再反射を防
   止するために、試料と対向する対物レンズ下部に反射防
   止機構を設けた電子ビーム描画装置において、 前記反射防止機構は、複数の開口を持つ薄板を複数枚重
   ね、各々の開口を接続して反射電子或いは二次電子の放
   出を抑えるための孔が形成されるように構成され、且つ
   該反射防止機構を前記対物レンズ下部に固定するための
   固定部材の最下部が前記反射防止機構の下面よりも前記
   対物レンズ側に位置するように、該反射防止機構に凹部
   を設けてなることを特徴とする電子ビーム描画装置。
2. 【請求項２】前記固定部材はネジからなり、該ネジの頭
   部が前記反射防止機構の下面よりも前記対物レンズ側に
   位置することを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描
   画装置。
3. 【請求項３】前記反射防止機構を構成する複数の薄板の
   うち、前記試料に近い側にある薄板の一部は折り曲げ或
   いは撓ませられ、この折り曲げ或いは撓ませられた部分
   が前記固定部材で固定されていることを特徴とする請求
   項１又は２記載の電子ビーム描画装置。
4. 【請求項４】前記反射防止機構の前記対物レンズ側に反
   射電子検出器を設け、電子ビーム照射位置が該反射電子
   検出器を見込む領域において前記反射防止機構を構成す
   る複数の薄板に開口を設け、それぞれの開口を接続して
   電子ビーム照射位置と反射電子検出器上の点とを結ぶ直
   線に沿った孔を設けてなることを特徴とする請求項１記
   載の電子ビーム描画装置。
5. 【請求項５】前記反射防止機構を構成する複数の薄板に
   試料位置検出器のレーザ光を通す孔を形成するために、
   ビーム照射位置から引いた直線に沿って前記薄板にそれ
   ぞれ開口を設け、且つ試料位置検出器側から試料側に向
   かって薄板の開口を順次小さく形成してなることを特徴
   とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。