JP6057700B2 - マルチ荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置に係り、例えば、ステージ上の試料にビームを照射することによりパターンを描画する手法に関する。

半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、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。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、ウェハ等へ電子線を使って描画することが行われている。

例えば、マルチビームを使った描画装置がある。１本の電子ビームで描画する場合に比べて、マルチビームを用いることで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。かかるマルチビーム方式の描画装置では、例えば、電子銃から放出された電子ビームを複数の穴を持ったマスクに通してマルチビームを形成し、各々、ブランキング制御され、遮蔽されなかった各ビームが試料上の所望の位置へと照射される（例えば、特許文献１参照）。

マルチビーム描画装置では、ダブレットレンズ等のレンズ群で構成される縮小光学系を用いて、マルチビームを高い縮小率で縮小転写する。マルチビームのようにビーム本数が増えると縮小転写する領域が大きくなるため、描画精度を維持するためには歪曲収差を小さく抑えることが必要となる。その際、縮小光学系のレンズ群で歪曲収差を小さくすると、ワーキングディスタンス（ＷＤ）が短くなってしまい、最終レンズと試料面との間の空間を利用する他の機器等とが干渉してしまうといった問題があった。もちろん、シングルビーム方式においても、今後、さらなる描画精度が追求される中でかかる問題は大きなものとなっていくことが予想される。

特開２００６−２６１３４２号公報

そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、縮小率や収差の抑制を維持しながらワーキングディスタンスを大きくすることが可能な描画装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、
試料を載置する、移動可能なステージと、
荷電粒子ビームを放出する放出部と、
複数の開口部が形成され、複数の開口部全体が含まれる開口部形成領域に荷電粒子ビームの照射を受け、複数の開口部を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アパーチャ部材と、
マルチビームを縮小する縮小光学系と、
縮小光学系の後段に配置され、倍率が１倍で磁束の向きが逆向きのダブレットレンズと、
を備えたことを特徴とする。

また、ダブレットレンズの内径は、縮小光学系の内径よりも大きいと好適である。

また、ダブレットレンズの内径側に配置された、マルチビームを試料面上へと偏向する偏向器をさらに備えると好適である。

また、ダブレットレンズの内径側に配置された、静電レンズをさらに備えると好適である。

また、レーザ光を試料面上に照射して、試料面からの反射光を用いて、試料面の高さ位置を測定するセンサをさらに備え、
ダブレットレンズは、レーザ光および反射光の軌道上に干渉しない位置に配置されると好適である。

本発明の一態様によれば、縮小率や収差の抑制を維持しながらワーキングディスタンスを大きくできる。よって、最終レンズと試料面との間の空間を利用する他の機器等との干渉を無くすことができると共に、マルチビーム描画のような縮小転写領域が大きい場合でも高精度な描画を行うことができる。

実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるアパーチャ部材の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるブランキングプレートの構成を示す概念図である。 実施の形態１における描画動作を説明するための概念図である。 実施の形態１における光学系と結像系の光線図の一例を示す図である。 実施の形態１における光学系と磁場強度の一例を示す図である。

以下、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はなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでも構わない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。図１において、描画装置１００は、描画部１５０と制御回路１６０を備えている。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。描画部１５０を構成する各機器は制御回路１６０によって駆動および制御される。描画部１５０は、電子鏡筒１０２と描画室１０３を備えている。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、アパーチャ部材２０３、ブランキングプレート２０４、レンズ２０５、制限アパーチャ部材２０６、対物レンズ２０７、ダブレットレンズを構成するレンズ２１２，２１４、偏向器２１６、及び、静電レンズ２１８が配置されている。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基板となるマスク等の試料１０１が配置される。試料１０１には、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）等が含まれる。また、試料１０１には、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が含まれる。描画室１０３上或いは描画室１０３上部には、試料面の高さ位置（Ｚ方向位置）を測定するためのＺセンサが配置される。Ｚセンサは、レーザ光を照射する投光器２２０と測定対象面（ここでは試料面）で反射した反射光を受光する受光器２２２を備えている。また、照明レンズ２０２、レンズ２０５、対物レンズ２０７、及びレンズ２１２，２１４は、共に、電磁レンズで構成される。

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。

図２は、実施の形態１におけるアパーチャ部材の構成を示す概念図である。図２（ａ）において、アパーチャ部材２０３には、縦（ｙ方向）ｍ列×横（ｘ方向）ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の穴（開口部）２２が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。図２（ａ）では、例えば、５１２×８列の穴２２が形成される。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。ここでは、ｙ方向の各列について、ｘ方向にＡからＨまでの８つの穴２２がそれぞれ形成される例が示されている。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチビーム２０が形成されることになる。ここでは、縦横（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。例えば、縦横（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図２（ａ）にように、縦横が格子状に配置される場合に限るものではない。図２（ｂ）に示すように、例えば、縦方向（ｙ方向）１段目の列と、２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）２段目の列と、３段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。

図３は、実施の形態１におけるブランキングプレートの構成を示す概念図である。ブランキングプレート２０４には、アパーチャ部材２０３の各穴２２の配置位置に合わせて通過孔が形成され、各通過孔には、対となる２つの電極２４，２６の組（ブランカー：第１の偏向器）が、それぞれ配置される。各通過孔を通過する電子ビーム２０は、それぞれ独立にかかる対となる２つの電極２４，２６に印加される電圧によって偏向される。かかる偏向によってブランキング制御される。このように、複数のブランカーが、アパーチャ部材２０３の複数の穴２２（開口部）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のブランキング偏向を行う。

電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ垂直にアパーチャ部材２０３全体を照明する。アパーチャ部材２０３には、矩形の複数の穴（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴が含まれる領域を照明する。複数の穴の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかるアパーチャ部材２０３の複数の穴をそれぞれ通過することによって、例えば矩形形状の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜ｅが形成される。かかるマルチビーム２０ａ〜ｅは、ブランキングプレート２０４のそれぞれ対応するブランカー（第１の偏向器）内を通過する。かかるブランカーは、それぞれ、個別に通過する電子ビーム２０を偏向する（ブランキング偏向を行う）。そして、ブランキングプレート２０４を通過したマルチビーム２０ａ〜ｅは、レンズ２０５によって、収束され、制限アパーチャ部材２０６に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、ブランキングプレート２０４のブランカーによって偏向された電子ビーム２０は、制限アパーチャ部材２０６（ブランキングアパーチャ部材）の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材２０６によって遮蔽される。一方、ブランキングプレート２０４のブランカーによって偏向されなかった電子ビーム２０は、制限アパーチャ部材２０６の中心の穴を通過する。かかるブランカーのＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが制御される。このように、制限アパーチャ部材２０６は、複数のブランカーによってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。そして、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ部材２０６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２０６を通過したマルチビーム２０のパターン像は、対物レンズ２０７により焦点が合わされ、偏向器２１６によって一括して偏向され、試料１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。

描画装置１００は、ＸＹステージ１０５が移動しながら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。

図４は、実施の形態１における描画動作を説明するための概念図である。図４（ａ）に示すように、試料１０１の描画領域３０は、例えば、ｙ方向に向かって所定の幅で短冊状の複数のストライプ領域３２に仮想分割される。かかる各ストライプ領域３２は、描画単位領域となる。まず、ＸＹステージ１０５を移動させて、第１番目のストライプ領域３２の左端、或いはさらに左側の位置に一回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４が位置するように調整し、描画が開始される。第１番目のストライプ領域３２を描画する際には、ＸＹステージ１０５を例えば−ｘ方向に移動させることにより、相対的にｘ方向へと描画を進めていく。ＸＹステージ１０５は所定の速度で例えば連続移動させる。第１番目のストライプ領域３２の描画終了後、ステージ位置を−ｙ方向に移動させて、第２番目のストライプ領域３２の右端、或いはさらに右側の位置に照射領域３４が相対的にｙ方向に位置するように調整し、今度は、図４（ｂ）に示すように、ＸＹステージ１０５を例えばｘ方向に移動させることにより、−ｘ方向にむかって同様に描画を行う。第３番目のストライプ領域３２では、ｘ方向に向かって描画し、第４番目のストライプ領域３２では、−ｘ方向に向かって描画するといったように、交互に向きを変えながら描画することで描画時間を短縮できる。但し、かかる交互に向きを変えながら描画する場合に限らず、各ストライプ領域３２を描画する際、同じ方向に向かって描画を進めるようにしても構わない。１回のショットでは、図４（ｃ）に示すように、アパーチャ部材２０３の各穴２２を通過することによって形成されたマルチビームによって、各穴２２と同数の複数のショットパターン３６が一度に形成される。例えば、アパーチャ部材２０３の１つの穴Ａを通過したビームは、図４（ｃ）で示す「Ａ」の位置に照射され、その位置にショットパターン３６を形成する。同様に、例えば、アパーチャ部材２０３の１つの穴Ｂを通過したビームは、図４（ｃ）で示す「Ｂ」の位置に照射され、その位置にショットパターン３６を形成する。以下、Ｃ〜Ｈについても同様である。そして、各ストライプ３２を描画する際、ｘ方向に向かってＸＹステージ１０５が移動する中、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する。また、ＸＹステージ１０５が移動する中、マルチビームの照射位置は、偏向器２１６によって一括して偏向される。また、試料１０１面の高さ位置（Ｚ方向位置）は表面の微小な凹凸等により刻々と変化する。そのため、Ｚセンサで試料１０１面の高さ位置分布を測定し、描画中は、高さ位置分布に従って静電レンズ２１８により焦点位置をリアルタイムで変更するダイナミックフォーカスを行う。

図５は、実施の形態１における光学系と結像系の光線図の一例を示す図である。図５において、描画装置１００では、レンズ２０５と対物レンズ２０７とによって、磁場が逆方向（磁束の向きが逆方向）で励磁の大きさ（ＡＴ：アンペアターン）が等しく、倍率がｎ：１（縮小率１／ｎ）のダブレットレンズ３０を構成する。かかるダブレットレンズ３０によって縮小光学系が構成される。磁場が逆方向で励磁の大きさ（ＡＴ：アンペアターン）が等しいダブレットレンズ３０によって、ビーム像を無回転に制御できる。同様に、レンズ２１２，２１４によって、磁場が逆方向で励磁の大きさ（ＡＴ）が等しく、倍率が１：１（縮小率１／１）のダブレットレンズ３２を構成する。図１の例では、マルチビームの各ビーム中心の軌道を示したが、図５の例では、ブランキングプレート２０４を通過後のマルチビームを１つのビームと仮定した仮想ビームの結像系の光線図を示している。マルチビームを構成する各ビームについては、ビーム軌道はそれぞれ異なるが、同様の結像系の光線図となる。図５において、各ビームは制限アパーチャ部材２０６の高さ位置で結像する訳ではないので、ここでは、レンズ２０５と対物レンズ２０７の間の制限アパーチャ部材２０６の図示は省略している。ブランキングプレート２０４の高さ位置で結合されたマルチビーム１０は、ブランキングプレート２０４を物点Ｏ_１として、レンズ２０５で平行光となるように曲げられ、対物レンズ２０７によって像点Ｏ_２に結像される。従来の描画装置では、かかるダブレットレンズ３０の像点Ｏ_２を試料１０１面として構成されていた。そのため、対物レンズ２０７の下端と像点Ｏ_２（試料面）との距離がワーキングディスタンスＷＤ’となる。マルチビーム描画では、縮小率を大きくするために、対物レンズ２０７の磁場のピーク強度が大きい。そのため、対物レンズ２０７の高さ中心から像点Ｏ_２（試料面）までの距離ｂが短くなってしまう。一方、レンズ２０５の磁場のピーク強度は小さくなるので物点Ｏ_１からレンズ２０５の高さ中心までの距離ａは像点Ｏ_２側に比べて相対的に長くなってしまう。ワーキングディスタンスＷＤ’を長くするには、距離ｂを長くできればよいことになるが、縮小光学系の縮小率を維持するためには距離ｂと距離ａの比を維持する必要がある。距離ｂを長くするために距離ａを長くすると、シミュレーションによれば歪曲収差が大きくなってしまうため許容が困難である。シミュレーションによれば、対物レンズ２０７の高さ中心から像点Ｏ_２（試料面）までの距離ｂを短くする方が歪曲収差を小さくできる。よって、物点Ｏ_１の位置を変更せずにワーキングディスタンスを大きくする必要がある。

そこで、実施の形態１では、縮小光学系となるダブレットレンズ３０の後段に、磁場が逆方向で励磁の大きさ（ＡＴ）が等しく、倍率が１：１（縮小率１／１）のダブレットレンズ３２を配置する。ダブレットレンズ３２では、Ｏ_２を物点として、レンズ２１２で平行光となるように曲げられ、レンズ２１４によって像点Ｏ_３（試料１０１面）に結像される。よって、実施の形態１では、レンズ２１４の下端と像点Ｏ_３（試料１０１面）との距離がワーキングディスタンスＷＤとなる。レンズ２１４の高さ中心から像点Ｏ_３（試料面）までの距離ｃを距離ｂよりも長く設定すれば、ワーキングディスタンスＷＤをワーキングディスタンスＷＤ’よりも長くできる。また、ダブレットレンズ３２では、倍率が１倍なので、レンズ２１２，２１４の磁場のピーク強度が同じになる。よって、物点Ｏ_２からレンズ２１２の高さ中心までの距離は、レンズ２１４の高さ中心から像点Ｏ_３（試料面）までの距離と同じ値ｃとなる。また、ダブレットレンズ３０による収差の抑制は維持できるので、収差の状況を維持しながらワーキングディスタンスＷＤを長く（大きく）できる。

図６は、実施の形態１における光学系と磁場強度の一例を示す図である。図６（ａ）では、縮小光学系となるレンズ２０５と対物レンズ２０７によって構成されるダブレットレンズ３０と、縮小後のマルチビームを縮小拡大せずに転送するレンズ２１２，２１４によって構成されるダブレットレンズ３２を示している。ここでは、光軸に対して対称の両断面の一方側を示している。図６（ｂ）では、各レンズの磁場を示している。ダブレットレンズ３０では、図６（ｂ）に示すように、像を無回転に維持するべく、同じ励磁の大きさにする。そのため、レンズ２０５の磁場曲線の面積Ｓ１と対物レンズ２０７の磁場曲線の面積Ｓ２が同じ値になるように設定される。一方、縮小率１／ｎを達成するため、対物レンズ２０７の磁場のピーク強度ｂ’は、レンズ２０５の磁場のピーク強度ａ’よりも大きく設定される。縮小率は、かかるピーク強度比ａ’／ｂ’に比例する。一方、ダブレットレンズ３２でも、像を無回転に維持するべく、同じ励磁の大きさにする。そのため、レンズ２１２の磁場曲線の面積Ｓ３とレンズ２１４の磁場曲線の面積Ｓ４が同じ値になるように設定される。ここで、ダブレットレンズ３２では、ワーキングディスタンスＷＤを大きくするために、レンズ２１４の磁場のピーク強度ｃ’を対物レンズ２０７の磁場のピーク強度ｂ’よりも小さく設定する。これにより、図５に示した距離ｃを距離ｂよりも長くできる。ダブレットレンズ３２では、倍率１なので、レンズ２１２の磁場のピーク強度もレンズ２１４の磁場のピーク強度と同じ値ｃ’になる。

ここで、図５に示すように、対物レンズ２０７によって像点Ｏ_２に結像されたマルチビーム１０をレンズ２１２に導く際、距離ｃを距離ｂより長くするため、ダブレットレンズ３２の内径は、縮小光学系のダブレットレンズ３０の内径よりも大きく設定される。そのため、実施の形態１では、図１に示すように、マルチビームを試料１０１面上へと偏向する偏向器２１６をダブレットレンズ３２の内径側に配置できる。同様に、描画しながらダイナミックフォーカスを行う静電レンズ２１８をダブレットレンズ３２の内径側に配置できる。よって、かかる点からも設置スペースを有効に活用できる。さらに、ワーキングディスタンスＷＤを大きくできるので、ダブレットレンズ３２が、Ｚセンサからのレーザ光および反射光の軌道上に干渉しないようにできる。言い換えれば、ダブレットレンズ３２は、Ｚセンサからのレーザ光および反射光の軌道上に干渉しない位置に配置される。その他、ワーキングディスタンスＷＤを大きくできるので、ステージ位置を測定するレーザ測長装置の反射ミラー等も十分配置可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、縮小率や収差の抑制を維持しながらワーキングディスタンスＷＤを大きくできる。よって、最終レンズ２１４と試料１０１面との間の空間を利用する他の機器等との干渉を無くすことができると共に、マルチビーム描画のような縮小転写領域が大きい場合でも高精度な描画を行うことができる。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述したラスタースキャン動作は一例であって、マルチビームを用いたラスタースキャン動作その他の動作方法であってもよい。また、上述した例では、マルチビーム描画装置を示したが、これに限るものではなく、磁場が逆方向となる電磁レンズの組が配置されていれば、シングルビームの描画装置であってもよい。同様の効果を発揮できる。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置は、本発明の範囲に包含される。

１０，２０ マルチビーム
２２ 穴
２４，２６ 電極
３０ 描画領域
３２ ストライプ領域
３４ 照射領域
３６ ショットパターン
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ アパーチャ部材
２０４ ブランキングプレート
２０５，２１２，２１４ レンズ
２０６ 制限アパーチャ部材
２０７ 対物レンズ
２１６ 偏向器
２１８ 静電レンズ

Claims (4)

1. 試料を載置する、移動可能なステージと、
   荷電粒子ビームを放出する放出部と、
   複数の開口部が形成され、前記複数の開口部全体が含まれる開口部形成領域に前記荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の開口部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アパーチャ部材と、
   前記マルチビームを縮小する縮小光学系と、
   前記縮小光学系の後段に配置され、倍率が１倍で磁束の向きが逆向きのダブレットレンズと、
   を備え、
   前記ダブレットレンズの内径は、前記縮小光学系の内径よりも大きいことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記ダブレットレンズの内径側に配置された、前記マルチビームを試料面上へと偏向する偏向器をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
3. 前記ダブレットレンズの内径側に配置された、静電レンズをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
4. レーザ光を前記試料面上に照射して、前記試料面からの反射光を用いて、前記試料面の高さ位置を測定するセンサをさらに備え、
   前記ダブレットレンズは、前記レーザ光および前記反射光の軌道上に干渉しない位置に配置されることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
   

Images