JP6281234B2 - 電子ビーム描画装置 - Google Patents
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Description
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設置されている反射防止機構に係わり、特に試料面の対物レンズ側に設置される前記反射防止構造の改良を図った電子ビーム描画装置に関する。
電子ビーム描画装置では、マスクやウェハ等の試料上に塗布されたレジストに、対物レンズを通して電子ビームを照射し、さらにパターンに応じて電子ビームを走査する。このとき、試料表面で反射或いは散乱した反射電子は対物レンズの下面で再び反射され、この再反射電子が試料表面に戻ってくる。
そして、この再反射電子によってもレジストが感光される。つまり、図９のように、再反射電子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。
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入射を防止する目的で、試料表面と対向するビーム入射側の位置に反射防止機構を設けた電子ビーム描画装置に係る提案として、以下に例示する先行技術が公知である。
（１）被描画試料に照射された電子線の反射電子が当たる鏡体表面が、原子番号が１３以下の元素を主構成元素とする材料により構成された材料で覆われた構成（特許文献１）。
（２）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（特許文献２）。
特許文献２においても、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好ましいとされており、薄板は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た構造と、あるいは、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た構造が例示されている。
特許文献２においても、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好ましいとされており、薄板は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た構造と、あるいは、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た構造が例示されている。
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。反射防止機構の材料でなく開口部の構造を改良した提案として、下記文献が公知である。
（３）反射防止機構は、複数の開孔部を有し、且つ該開孔部の側壁が前記試料表面のビーム照射位置から直接見通せないように形成された板体からなり、該板体の前記試料表面のビーム照射位置から直接見通せない部分に貴金属触媒を担持させてなる電子ビーム描画装置（特許文献３）。
特許文献３では、反射防止機構の板体として、開孔部の側壁が試料面上のビーム照射位置から見通せないように形成されたハニカム構造の反射防止板が設けられ、この反射防止板の開孔部の側壁及び裏面に、触媒作用のある貴金属触媒を担持させた構造が採用されている。
（３）反射防止機構は、複数の開孔部を有し、且つ該開孔部の側壁が前記試料表面のビーム照射位置から直接見通せないように形成された板体からなり、該板体の前記試料表面のビーム照射位置から直接見通せない部分に貴金属触媒を担持させてなる電子ビーム描画装置（特許文献３）。
特許文献３では、反射防止機構の板体として、開孔部の側壁が試料面上のビーム照射位置から見通せないように形成されたハニカム構造の反射防止板が設けられ、この反射防止板の開孔部の側壁及び裏面に、触媒作用のある貴金属触媒を担持させた構造が採用されている。
しかしながら、特許文献３の反射防止機構では孔は垂直に開いているため、垂直に入射された反射電子或いは二次電子を十分に吸収できない。また現在の描画装置でこの反射防止板が用いられているものの、反射電子或いは二次電子による意図しない照射を防ぐことができていないという問題がある。
そこで、本発明は、このような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、反射防止板の表面の微細構造の改良により、反射電子或いは二次電子を十分に減衰した後に吸収する反射防止構造を有する反射防止機構を備えてなる電子ビーム描画装置を提案することを目的とする。
本発明に於いて上記課題を達成するために、請求項１の発明による電子ビーム描画装置は、
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の反射防止機構を、試料室の上面あるいは側面に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、導体からなる板体表面が試料と対向する面に、試料が向き合うようにして試料室の上面に設置され、断面形状がＶ字の切込みからなる反射防止構造が複数連続して設けられており、
前記Ｖ字の切込みが板体の中心より外周にかけて同心円状に複数連続して形成され、且つ前記Ｖ字の切り込みの角度θが２×ａｒｃｔａｎ（試料と反射防止機構の距離Ａ／試料の最大寸法Ｂ）より小さい角度であり、
反射防止構造の表面が、原子番号１３以下の元素を主構成元素とする材料に覆われていることを特徴とする。
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の反射防止機構を、試料室の上面あるいは側面に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、導体からなる板体表面が試料と対向する面に、試料が向き合うようにして試料室の上面に設置され、断面形状がＶ字の切込みからなる反射防止構造が複数連続して設けられており、
前記Ｖ字の切込みが板体の中心より外周にかけて同心円状に複数連続して形成され、且つ前記Ｖ字の切り込みの角度θが２×ａｒｃｔａｎ（試料と反射防止機構の距離Ａ／試料の最大寸法Ｂ）より小さい角度であり、
反射防止構造の表面が、原子番号１３以下の元素を主構成元素とする材料に覆われていることを特徴とする。
請求項２の発明による電子ビーム描画装置は、
断面形状がＶ字の切込みが対向する試料表面側に複数ハニカム状に配置された六角錐型の構造物の断面形状で形成され、且つ前記Ｖ字の切り込みの角度θが２×ａｒｃｔａｎ（試料と反射防止機構の距離Ａ／試料の最大寸法Ｂ）より小さい角度である反射防止機構を有することを特徴とする。
断面形状がＶ字の切込みが対向する試料表面側に複数ハニカム状に配置された六角錐型の構造物の断面形状で形成され、且つ前記Ｖ字の切り込みの角度θが２×ａｒｃｔａｎ（試料と反射防止機構の距離Ａ／試料の最大寸法Ｂ）より小さい角度である反射防止機構を有することを特徴とする。
請求項３の発明による電子ビーム描画装置は、
反射防止機構は電気的に接地されており、且つ前記反射防止構造が試料と対向する対物レンズ下部に装着させてなることを特徴とする。
反射防止機構は電気的に接地されており、且つ前記反射防止構造が試料と対向する対物レンズ下部に装着させてなることを特徴とする。
本発明によると、以下の効果が挙げられる。
試料表面から生じた反射電子或いは二次電子を反射防止機構にＶ字の切り込みを設けることで、前記反射電子或いは二次電子を減衰させ、且つ吸収することで前記試料表面への電子の再反射を防ぐことが可能となる。
反射防止機構に設けられたＶ字の切り込みの角度θ（４ａ）を２×ａｒｃｔａｎ（試料と反射防止機構の距離Ａ／試料の最大寸法Ｂ）とすることで、前記試料表面への電子の再反射をより効果的に防ぐことが可能となる。
反射防止機構を持つ板体が導体からなっていることで、試料表面からの反射電子或いは二次電子を前記反射防止機構内に帯電させることなく拡散させることが可能となる。
反射防止構造の表面が、原子番号１３以下の元素を主構成元素とする材料に覆われていることで、試料表面からの反射電子或いは二次電子を反射防止機構の表面において高効率で吸収することが可能となる。
試料表面から生じた反射電子或いは二次電子を反射防止機構にＶ字の切り込みを設けることで、前記反射電子或いは二次電子を減衰させ、且つ吸収することで前記試料表面への電子の再反射を防ぐことが可能となる。
反射防止機構に設けられたＶ字の切り込みの角度θ（４ａ）を２×ａｒｃｔａｎ（試料と反射防止機構の距離Ａ／試料の最大寸法Ｂ）とすることで、前記試料表面への電子の再反射をより効果的に防ぐことが可能となる。
反射防止機構を持つ板体が導体からなっていることで、試料表面からの反射電子或いは二次電子を前記反射防止機構内に帯電させることなく拡散させることが可能となる。
反射防止構造の表面が、原子番号１３以下の元素を主構成元素とする材料に覆われていることで、試料表面からの反射電子或いは二次電子を反射防止機構の表面において高効率で吸収することが可能となる。
また、断面形状がＶ字の切込みが対向する試料表面側に複数ハニカム状に配置された六角錐型の構造物の断面形状で形成されていることで、反射防止構造が占める面積をより大きくすることが可能となり、前記Ｖ字の切り込みの角度θが２×ａｒｃｔａｎ（試料と反射防止機構の距離Ａ／試料の最大寸法Ｂ）より小さい角度であることと相まって、前記試料表面への電子の再反射をより効果的に防ぐことが可能となる。
さらには、反射防止構造を持つ反射防止機構が電気的に接地されており、且つ前記反射防止構造が試料と対向する対物レンズ下部に装着されてなることで、電子ビーム描画装置でのビーム照射において、試料の意図しない部分への照射を防ぎ、且つ前記反射防止機構表面を接地電位に保つことが可能となる。
＜反射防止機構＞
図１は、本発明の実施形態に係わる反射防止板の微細構造を示す断面模式図である。
反射防止機構（１ａ）の微細構造に設置された各Ｖ字の切り込み内にて、試料表面から生じた反射電子或いは二次電子を複数回反射させることで、前記反射電子或いは二次電子を減衰させ、且つ吸収することで前記試料表面への電子の再反射を防ぐことが可能となる。
図１は、本発明の実施形態に係わる反射防止板の微細構造を示す断面模式図である。
反射防止機構（１ａ）の微細構造に設置された各Ｖ字の切り込み内にて、試料表面から生じた反射電子或いは二次電子を複数回反射させることで、前記反射電子或いは二次電子を減衰させ、且つ吸収することで前記試料表面への電子の再反射を防ぐことが可能となる。
図２は、図１における反射防止機構（１ａ）を成す薄板の形状の一例を示す平面模式図である。
請求項１記載の板体とは、前記反射防止機構をなす薄板のことであり、図２の断面図である図３に示すＶ字の切り込みをもつ板である。前記Ｖ字の切込みが前記反射防止構造の
中心より外周にかけて同心円状に複数連続して形成されていることで、前記試料の電子ビーム照射位置（５ａ）から同心円状に反射電子或いは二次電子が飛散しても、高効率で減衰させ吸収させることができる。
請求項１記載の板体とは、前記反射防止機構をなす薄板のことであり、図２の断面図である図３に示すＶ字の切り込みをもつ板である。前記Ｖ字の切込みが前記反射防止構造の
中心より外周にかけて同心円状に複数連続して形成されていることで、前記試料の電子ビーム照射位置（５ａ）から同心円状に反射電子或いは二次電子が飛散しても、高効率で減衰させ吸収させることができる。
図４は、本発明の実施形態に係わる反射防止のための薄板の表面に、図６に示す断面形状がＶ字の六角錐型の構造物が図５に示すようにハニカム状に配置されている反射防止板の微細構造を、図５の２ｆで示すように六角錐の山２ｄを結ぶ面で切断したときの断面模式図である。前記六角錐型の構造物が図５のようにハニカム状に配置されていることで、薄板に占める反射防止構造の面積をより大きくすることが可能となり、同心円状に複数連続して形成されているよりも高効率で反射電子或いは二次電子を減衰させ吸収させることができる。
図７は、図３におけるＶ字の切込み内に入射した後の電子の進行経路の模式図である。図８に示すように、前記切込みのＶ字の角度θ（４ａ）を２×ａｒｃｔａｎ（試料と反射防止機構の距離Ａ／試料の最大寸法Ｂ）より小さくすることで、前記Ｖ字の切り込みの各辺に対する試料表面で反射或いは散乱した反射電子の入射角（図７に示される３ｂ）が９０°より小さくなり、前記試料表面への電子の再反射を一度Ｖ字の切込み内に入射した電子をＶ字の切込み内で反射させ、外に出すことなく減衰させることができる。
同図に示すように、Ｖ溝に角度３ａで入射して、角度３ｂで出射した電子は、次回以降Ｖ溝の他面に入射する際には、３ａ（＝３ｂ）よりも小さい角度で入反射を繰り返しすことになり、減衰しながらＶ溝の奥に向かう。
Ｖ溝内で減衰を伴って入反射を繰り返した末に、Ｖ溝の奥から逆方向に進みながらＶ溝から再度出て来ることはなく、結果的に入射した電子はＶ溝内で吸収されることになり、試料への再反射による弊害が防止される。
ここで言う試料とは、電子ビームを照射する対象であり、たとえばフォトマスク用のブランクである。
同図に示すように、Ｖ溝に角度３ａで入射して、角度３ｂで出射した電子は、次回以降Ｖ溝の他面に入射する際には、３ａ（＝３ｂ）よりも小さい角度で入反射を繰り返しすことになり、減衰しながらＶ溝の奥に向かう。
Ｖ溝内で減衰を伴って入反射を繰り返した末に、Ｖ溝の奥から逆方向に進みながらＶ溝から再度出て来ることはなく、結果的に入射した電子はＶ溝内で吸収されることになり、試料への再反射による弊害が防止される。
ここで言う試料とは、電子ビームを照射する対象であり、たとえばフォトマスク用のブランクである。
＜反射防止板＞
反射防止機構の表面は電子ビームの反射率が低い材料に覆われている。反射電子或いは二次電子を高効率で吸収できる原子番号１３以下の元素が好適に用いられる。反射防止機構の表面の主構成元素としては、例えばベリリウムや炭素（グラファイト）が好ましい。これらの元素をめっきや塗布などで反射防止機構の表面にコーティングする。膜厚は、めっきや塗布の一般的な膜厚である数十μｍ程度が好ましい。前記反射防止機構の表面を覆う膜厚は、用いられる材料によって取り得る値であって、反射電子或いは二次電子を所定の量だけ吸収することができれば、特に限定されない。
反射防止機構の表面は電子ビームの反射率が低い材料に覆われている。反射電子或いは二次電子を高効率で吸収できる原子番号１３以下の元素が好適に用いられる。反射防止機構の表面の主構成元素としては、例えばベリリウムや炭素（グラファイト）が好ましい。これらの元素をめっきや塗布などで反射防止機構の表面にコーティングする。膜厚は、めっきや塗布の一般的な膜厚である数十μｍ程度が好ましい。前記反射防止機構の表面を覆う膜厚は、用いられる材料によって取り得る値であって、反射電子或いは二次電子を所定の量だけ吸収することができれば、特に限定されない。
反射防止板は抵抗率が１０−６Ωｃｍ程度の金属をはじめとする導体からなっていることが好ましい。例えば、鉄や銅、アルミニウムが挙げられ、合金では銅やアルミニウムを主構成材料とする。
前記反射防止板を導体で作製し、且つその表面を原子番号１３以下の元素を主構成材料とすることで、原子番号１３以下の元素を主構成材料とする反射防止板を作製することなく反射電子或いは二次電子を吸収する効果を発現する前記反射防止機構を容易に作製することができる。
前記反射防止板を導体で作製し、且つその表面を原子番号１３以下の元素を主構成材料とすることで、原子番号１３以下の元素を主構成材料とする反射防止板を作製することなく反射電子或いは二次電子を吸収する効果を発現する前記反射防止機構を容易に作製することができる。
＜電子ビーム描画装置＞
本実施形態の反射防止構造は、該反射防止構造単独で、またはその他の必要に応じた部材が付加されて、反射防止機構を構成することができる。前記反射防止機構を電子ビーム描画装置に用いる場合は図９のように、前記反射防止機構が接地されており、且つ反射電子或いは二次電子を十分に吸収できるように、反射防止構造と試料が向き合うようにして試料室上面（対物レンズ下面）に設置することが好ましい。
本実施形態の反射防止構造は、該反射防止構造単独で、またはその他の必要に応じた部材が付加されて、反射防止機構を構成することができる。前記反射防止機構を電子ビーム描画装置に用いる場合は図９のように、前記反射防止機構が接地されており、且つ反射電子或いは二次電子を十分に吸収できるように、反射防止構造と試料が向き合うようにして試料室上面（対物レンズ下面）に設置することが好ましい。
以下、本発明の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（反射防止機構）
・主構成材料 ： 鉄
・主構成材料（鉄）の抵抗率 ： １．０×１０−７ Ωｍ
・表面コーティング材料 ： グラファイト
・Ｖ字の掘り込み角度θ：３０°
・Ｖ字の切り込み高さ：７０ｎｍ
・主構成材料 ： 鉄
・主構成材料（鉄）の抵抗率 ： １．０×１０−７ Ωｍ
・表面コーティング材料 ： グラファイト
・Ｖ字の掘り込み角度θ：３０°
・Ｖ字の切り込み高さ：７０ｎｍ
（試料構成）
・試料の大きさ：６インチ
・基板：合成石英ガラス
・レジスト：ＦＥＮ
・試料の大きさ：６インチ
・基板：合成石英ガラス
・レジスト：ＦＥＮ
本発明の反射防止構造を持つ電子ビーム描画装置を用いて電子ビームを描画した例を示す。ガラス上にＭｏＳｉ，Ｃｒ，化学増幅型ネガレジストが製膜されたハーフトーンブランクに、電子ビームで描画した後に現像およびエッチングを行った後、レジストおよびＣｒ膜を剥がし、パターンの作製を行った。作製したパターンの幅を走査型電子顕微鏡で測定し、反射電子或いは二次電子による意図しない試料部への照射の影響を調べた。
描画には、走査型電子顕微鏡で測定を行うパターンを複数等間隔に配置し、且つ前記パターンの周辺に遠距離相互作用を再現させるための高密度描画パターン（描画密度５０％）が任意の箇所に配置されている描画レイアウトを用いた。
従来の反射防止機構を用いた電子ビーム描画装置にて、上記描画レイアウトが描画されたものでは、遠距離相互作用による疎密箇所のパターン寸法の平均値差が８ｎｍであったのに対して、請求項２記載の反射防止機構を用いたものは４．５ｎｍと、反射電子或いは二次電子による意図しない試料部への照射の影響が減少した。
実施例１との違いは、請求項３記載の反射防止機構を用いている点である。六角錐型の構造物の直径は約７０ｎｍである。
（反射防止機構）
・主構成材料 ： 鉄
・主構成材料（鉄）の抵抗率 ： １．０×１０−７ Ωｍ
・表面コーティング材料 ： グラファイト
・Ｖ字の掘り込み角度θ：３０°
・Ｖ字の切り込み高さ：７０ｎｍ
・主構成材料 ： 鉄
・主構成材料（鉄）の抵抗率 ： １．０×１０−７ Ωｍ
・表面コーティング材料 ： グラファイト
・Ｖ字の掘り込み角度θ：３０°
・Ｖ字の切り込み高さ：７０ｎｍ
（試料構成）
・試料の大きさ：６インチ
・基板：合成石英ガラス
・レジスト：ＦＥＮ
・試料の大きさ：６インチ
・基板：合成石英ガラス
・レジスト：ＦＥＮ
従来の反射防止機構を用いた電子ビーム描画装置にて、上記描画レイアウトが描画され
たものでは、遠距離相互作用による疎密箇所のパターン寸法の平均値差が８ｎｍであったのに対して、六角錐型の構造物がハニカム状に並んでいるものは、遠距離相互作用による疎密箇所のパターン寸法の平均値差が３．５ｎｍと、反射電子或いは二次電子による意図しない試料部への照射の影響が減少した。
たものでは、遠距離相互作用による疎密箇所のパターン寸法の平均値差が８ｎｍであったのに対して、六角錐型の構造物がハニカム状に並んでいるものは、遠距離相互作用による疎密箇所のパターン寸法の平均値差が３．５ｎｍと、反射電子或いは二次電子による意図しない試料部への照射の影響が減少した。
１ａ： 反射防止機構（導体）
１ｂ：反射防止機構表面
２ａ：Ｖ字の切込み（山）
２ｂ：Ｖ字の切込み（谷）
２ｃ：反射防止板
２ｄ：六角錐の凹凸（山）
２ｅ：六角錐の凹凸（谷）
２ｆ：六角錐をハニカム配置した場合の断面形状がＶ字になる面
３ａ：電子の進行経路
３ｂ：Ｖ字の切り込みの各辺に対する試料表面で反射或いは散乱した反射電子の入射角
４ａ：反射防止機構
４ｂ：入射電子
４ｃ：試料
４ｄ：Ｖ字の切り込みの各辺に対する試料表面で反射或いは散乱した反射電子の入射角
θ ：Ｖ字の切込みの角度
Ａ：試料と反射防止機構の距離
Ｂ：試料の最大寸法
５ａ：電子ビーム照射位置
５ｂ：反射防止機構設置部
５ｃ：反射電子或いは二次電子
５ｄ：再反射電子或いは反射された二次電子
１ｂ：反射防止機構表面
２ａ：Ｖ字の切込み（山）
２ｂ：Ｖ字の切込み（谷）
２ｃ：反射防止板
２ｄ：六角錐の凹凸（山）
２ｅ：六角錐の凹凸（谷）
２ｆ：六角錐をハニカム配置した場合の断面形状がＶ字になる面
３ａ：電子の進行経路
３ｂ：Ｖ字の切り込みの各辺に対する試料表面で反射或いは散乱した反射電子の入射角
４ａ：反射防止機構
４ｂ：入射電子
４ｃ：試料
４ｄ：Ｖ字の切り込みの各辺に対する試料表面で反射或いは散乱した反射電子の入射角
θ ：Ｖ字の切込みの角度
Ａ：試料と反射防止機構の距離
Ｂ：試料の最大寸法
５ａ：電子ビーム照射位置
５ｂ：反射防止機構設置部
５ｃ：反射電子或いは二次電子
５ｄ：再反射電子或いは反射された二次電子
Claims (3)
- 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の反射防止機構を、試料室の上面あるいは側面に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、導体からなる板体表面が試料と対向する面に、試料が向き合うようにして試料室の上面に設置され、断面形状がＶ字の切込みからなる反射防止構造が複数連続して設けられており、
前記Ｖ字の切込みが板体の中心より外周にかけて同心円状に複数連続して形成され、且つ前記Ｖ字の切り込みの角度θが２×ａｒｃｔａｎ（試料と反射防止機構の距離Ａ／試料の最大寸法Ｂ）より小さい角度であり、
反射防止構造の表面が、原子番号１３以下の元素を主構成元素とする材料に覆われていることを特徴とする電子ビーム描画装置。 - 断面形状がＶ字の切込みが対向する試料表面側に複数ハニカム状に配置された六角錐型の構造物の断面形状で形成され、且つ前記Ｖ字の切り込みの角度θが２×ａｒｃｔａｎ（試料と反射防止機構の距離Ａ／試料の最大寸法Ｂ）より小さい角度である反射防止機構を有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。
- 反射防止機構は電気的に接地されており、且つ前記反射防止構造が試料と対向する対物レンズ下部に装着させてなることを特徴とする請求項１または２に記載の電子ビーム描画装置。
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