JP5315100B2 - 描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、描画装置に関し、特に、真空雰囲気下で電子ビームを用いてパターンを描画する描画装置に関する。

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。これらの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、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。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、高精度の原画パターンの生産に用いられる。

図１０は、従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。可変成形型電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置は、以下のように動作する。第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という。

図１１は、描画装置の筐体構成を示す概念図である。図１１において、電子ビーム描画装置では、試料３０１を載せたステージ３０５が描画チャンバ３０３内に収納されている。そして、描画チャンバ３０３上には、上述した電子光学系が搭載された電子光学鏡筒３０２が配置される。そして、描画を行なう際には、電子光学鏡筒３０２内とチャンバ３０３内は、真空ポンプ３１０によって真空引きされ、真空中で試料３０１への描画が行なわれる。ここで、チャンバ３０３内のステージ３０５を設置し、取り出し、或いは点検するために、チャンバ３０３側面には、ステージ３０５を搬出入可能なサイズの開口部３２０が形成されている。そして、真空引きされている間は、開口部３２０は、扉３３１で塞がれている。扉３３１は開閉可能であると共にネジ等で側面に固定されている。

ここで、チャンバ３０３内外が、大気圧雰囲気下であれば、問題が無いが、チャンバ３０３内が真空状態になるとチャンバ３０３内外で圧力差が生じるため、チャンバ３０３の外周面は変形してしまう。その際、開口部３２０が形成された側面と形成されていない側面とでは、その剛性に差が生じてしまうので、変形量に差が生じ、チャンバ３０３上面に固定された電子光学鏡筒３０２が、剛性の弱い開口部３２０が形成された側面側に傾斜してしまう。電子光学鏡筒３０２が傾斜すると電子ビームの軌道がずれ、描画されるパターン寸法に誤差が生じてしまうといった問題があった。特に、かかるチャンバ３０３の変形量は、気圧変動によって変化する。そのため、気圧の変動によって電子光学鏡筒３０２が傾斜する角度θが異なり、その分だけ描画位置の誤差量も変化することになる。特に、近年の回路線幅の微細化に伴って高い描画精度が求められる中、気圧変動による位置ずれによって引き起こされる描画精度の劣化が無視できなくなってきた。従来、かかる問題に対して、電子ビームの偏向位置を補正することで対処していたが、変形量が大きくなるとその補正も難しくなる。

ここで、電子ビーム描画ではないが、マスク像をウェハに露光する紫外線露光装置で大気圧変動による像面湾曲量を求めて適切な位置にステージをＺ方向に移動させるとする技術（例えば、特許文献１参照）が文献に開示されている。

特開平７−２１１６１２号公報

上述したように、気圧変動によって、剛性の弱い開口部が形成された側面側に電子光学鏡筒が傾斜する角度が変化し、描画されるパターン寸法に誤差が生じてしまうといった問題があった。そのため、傾斜角が小さくなる方が望ましいが、従来、その対応ができていなかった。

本発明は、かかる問題点を克服し、真空下で使用した際の電子光学鏡筒の傾斜角をより小さ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。

本発明の一態様の描画装置は、
試料を載置するステージと、
ステージを内部に配置し、１つの側面にステージの搬出入が可能なサイズの開口部が形成され、開口部が別体の蓋で塞がれたチャンバと、
チャンバ上に配置された電子光学鏡筒と、
開口部が形成されたチャンバの側面の上部に凸に形成されたリブ部と、
を備え、
前記チャンバは、４つの側面を有し、
前記リブ部は、前記チャンバの４つの側面のうちの前記開口部が形成された１つの側面の剛性を高めるように、前記開口部が形成された１つの側面の一体的な延長として、前記チャンバと一体に形成され、
前記リブ部は、前記開口部が形成された１つの側面と前記チャンバの上面との境界線全体に沿って形成されることを特徴とする。

かかる構成により、開口部が形成されたチャンバの側面の剛性を強くすることができる。

そして、リブ部は、チャンバの上面より上方側に凸に形成されると好適である。

或いは、リブ部は、チャンバの上面と平行な方向に凸に形成される好適である。

或いは、リブ部は、チャンバの上面より上方側に凸であって、かつ、チャンバの上面と平行な方向に凸に形成されると好適である。

また、リブ部は、チャンバと一体に形成されると好適である。

本発明の一態様によれば、真空雰囲気下で使用した際の電子光学鏡筒の傾斜角をより小さくすることができる。

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における描画装置の外観図である。 実施の形態１における描画室断面を示す概念図である。 実施の形態１における描画装置の外観の一例を示す図である。 実施の形態１における描画装置の外観の他の一例を示す図である。 実施の形態１における描画装置の外観の一例を示す図である。 実施の形態１における描画装置の外観の一例を示す図である。 実施の形態１における描画装置の外観の一例を示す図である。 実施の形態１における描画室内を真空引きした状態を説明するための概念図である。 可変成形型電子線露光装置の動作を説明するための概念図である。 描画装置の筐体構成を示す概念図である。

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とを備えている。描画装置１００は、電子ビーム２００を用いてレジストが塗布された試料１０１にパターンを描画する。描画部１５０は、電子光学鏡筒１０２と描画室１０３（チャンバ）を有している。電子光学鏡筒１０２は、描画室１０３上に配置される。

電子光学鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、及び偏向器２０８を有している。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、描画対象となる試料１０１が載置される。試料１０１には、マスク基板やウェハ等が含まれる。

描画部１５０は、制御回路１６０によって制御される。また、描画の際には、電子光学鏡筒１０２内と描画室１０３内は真空ポンプ１７０によって真空引きされる。描画室１０３内のＸＹステージ１０５を設置し、取り出し、或いは点検するために、描画室１０３の１つの側面には、ＸＹステージ１０５を搬出入可能なサイズの開口部２０が形成されている。そして、真空引きされている間は、開口部２０は、別体の蓋となる扉３０で塞がれている。扉３０は開閉可能であると共にネジ等で側面に固定されている。

図２は、実施の形態１における描画装置の外観図である。描画室１０３の外周面の１面には、上述したように、ＸＹステージ１０５を搬出入可能なサイズの開口部２０が形成されている。よって、そのままだと、開口部２０が形成された側面４０の剛性が、開口部２０が形成されていない側面に比べて弱くなってしまう。そこで、実施の形態１では、開口部２０が形成された描画室１０３の側面４０の上部に、凸に形成されたリブ部１０が形成される。描画室１０３の外周面は、例えば、板状の部材を溶接で固定して一体に形成している。リブ部１０は、描画室１０３と一体に形成される。リブ部１０で開口部２０が形成された描画室１０３の側面上部を補強することで、開口部２０が形成された描画室１０３の側面の剛性を強くすることができる。リブ部１０のサイズを適宜調整することで、開口部２０が形成された描画室１０３の側面と開口部２０が形成されていない描画室１０３の側面との剛性を一致させる、或いはより近づけることができる。リブ部１０は、開口部２０が形成された描画室１０３の側面４０の幅と同じ幅で形成されると好適である。

図３は、実施の形態１における描画室断面を示す概念図である。図３に示すように、リブ部１０は、上方に凸に形成しても良いし、水平方向に凸に形成しても好適である。以下、リブ形状の一例について図示する。

図４は、実施の形態１における描画装置の外観の一例を示す図である。図４では、リブ部１２は、描画室１０３の上面より上方側に凸に形成される場合を示している。図４では、例えば、開口部２０が形成される描画室１０３の側面に用いる板材を描画室１０３の上板より上方にはみ出るように溶接することでリブ部１２を形成することができる。

図５は、実施の形態１における描画装置の外観の他の一例を示す図である。図５では、リブ部１４は、描画室１０３の上面と平行な方向に凸に形成される場合を示している。図５では、例えば、描画室１０３の上面に用いる板材を開口部２０が形成される描画室１０３の側面板より側面側にはみ出るように溶接することでリブ部１４を形成することができる。

図６は、実施の形態１における描画装置の外観の一例を示す図である。図６では、リブ部１６は、描画室１０３の上面より上方側に凸であって、かつ、描画室１０３の上面と平行な方向に凸に形成される場合の一例を示している。図６では、描画室１０３の上面と平行な方向として、描画室１０３の内側に向かってリブ部１６の寸法を厚くした場合を示している。

図７は、実施の形態１における描画装置の外観の一例を示す図である。図７では、リブ部１８は、描画室１０３の上面より上方側に凸であって、かつ、描画室１０３の上面と平行な方向に凸に形成される場合の他の一例を示している。図７では、描画室１０３の上面と平行な方向として、描画室１０３の外側に向かってリブ部１６を延ばした場合を示している。

図８は、実施の形態１における描画装置の外観の一例を示す図である。図８では、リブ部１９は、描画室１０３の上面より上方側に凸であって、かつ、描画室１０３の上面と平行な方向に凸に形成される場合の他の一例を示している。図７では、描画室１０３の上面と平行な方向として、描画室１０３の外側と内側の両方に向かってリブ部１６を延ばした場合を示している。

上述したようないずれの形状であっても、開口部２０が形成された描画室１０３の側面の剛性を強くすることができる。

図９は、実施の形態１における描画室内を真空引きした状態を説明するための概念図である。上述したように、開口部２０が形成された描画室１０３の側面の上部にリブ部１０を一体形成した。これにより、真空ポンプ１７０で電子光学鏡筒１０２内と描画室１０３内を真空引きした際、開口部２０が形成された描画室１０３の側面の変形量と開口部２０が形成されていない描画室１０３の側面の変形量を一致させる、或いはより近づけることができる。その結果、バランスがとれ、電子光学鏡筒１０２の傾斜角θを小さくすることができる。

例えば、リブが形成されていない従来の構成では、１０ｈＰａの気圧変動で２５ｎｍのビーム変位が観測されたが、例えば、図４に示す構成の一例では、１５ｎｍのビーム変位に抑えることができた。リブ部１０の寸法を適宜調整することで、さらに剛性のバランスを図ることができ、電子光学鏡筒１０２の傾斜角θをより０に近づけることができる。さらに、気圧変動が生じても、電子光学鏡筒１０２の傾斜角θの変動を小さくできる。その結果、試料１０１に照射されるビーム位置の誤差を小さくでき、描画精度を向上させることができる。

以上のようにリブ部１０で補強された描画室１０３内と電子光学鏡筒内１０２を真空引きした後に、描画動作が開始される。以下、具体的な動作を説明する。

電子銃２０１から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１のアパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１のアパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２のアパーチャ２０６上に投影される。かかる第２のアパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、偏向器２０５によって制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。そして、第２のアパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、偏向器２０８により偏向されて、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５上の試料１０１の所望する位置に照射される。

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。

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描画装置及び位置測定方法は、本発明の範囲に包含される。

１０，１２，１４，１６，１８，１９ リブ部
２０，３２０ 開口部
３０，３３１ 扉
４０ 側面
１００ 描画装置
１０１，３０１，３４０ 試料
１０２，３０２ 電子光学鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１５０ 描画部
１６０ 制御回路
１７０，３１０ 真空ポンプ
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３，２０６，４１０，４２０ アパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５，２０８ 偏向器
２０７ 対物レンズ
３０３ チャンバ
３０５ ステージ
３３０ 電子線
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (4)

1. 試料を載置するステージと、
   前記ステージを内部に配置し、１つの側面に前記ステージの搬出入が可能なサイズの開口部が形成され、前記開口部が別体の蓋で塞がれたチャンバと、
   前記チャンバ上に配置された電子光学鏡筒と、
   前記開口部が形成された前記チャンバの側面の上部に凸に形成されたリブ部と、
   を備え、
   前記チャンバは、４つの側面を有し、
   前記リブ部は、前記チャンバの４つの側面のうちの前記開口部が形成された１つの側面の剛性を高めるように、前記開口部が形成された１つの側面の一体的な延長として、前記チャンバと一体に形成され、
   前記リブ部は、前記開口部が形成された１つの側面と前記チャンバの上面との境界線全体に沿って形成されることを特徴とする描画装置。
2. 前記リブ部は、前記チャンバの上面より上方側に凸に形成されたことを特徴とする請求項１記載の描画装置。
3. 前記リブ部は、前記チャンバの上面と平行な方向に凸に形成されたことを特徴とする請求項１記載の描画装置。
4. 前記リブ部は、前記チャンバの上面より上方側に凸であって、かつ、前記チャンバの上面と平行な方向に凸に形成されたことを特徴とする請求項１記載の描画装置。

Images