Charged particle beam drawing apparatus, and method of manufacturing apparatus

本発明は、複数の荷電粒子線を用いて、ウエハ、若しくはマスク及びレチクル等の基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置に関する。

近年の半導体製造技術の進展に伴い、回路パターンの微細化・高集積度化が著しく進み、且つ、生産性向上のため高スループット化の要求も強く求められてきている。

一方、次世代リソグラフィ技術の一つの候補である荷電粒子線を用いて基板上に直接描画を行う直描方式においても高スループット化が求められている。

そのため、荷電粒子線描画装置は、一度に照射できる荷電粒子線の面積を大きくする方向に進んで来ている。 例えば、荷電粒子線をポイント状に形成し使用するポイントビーム方式、サイズを可変矩形として使用する可変矩形形成方式などが開発されている。 しかし、これらの方式では、集積度の高い微細パターン群を描画する際には、スループットにおいて量産性には向いていないことが明白である。 また、使用頻度の高い特定パターンをセルマスクと呼ばれるものを用いて、描画する荷電粒子線を所定の形状に成形して描画するセルプロジェクション方式などが考案されている。 しかし、この方式では、メモリ回路等の繰り返しパターンの多い半導体回路に対して有効ではあるが、ロジック回路のような繰り返しパターンの少ない半導体回路に対してはセルマスクとして用意すべきパターン数が多く必要であり、実現が困難な場合が多い。

これらの課題を解決すべく、マルチビーム型の荷電粒子線描画装置が考案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。 この荷電粒子線描画装置は、複数の荷電粒子線を基板上に照射するものである。 その複数の荷電粒子線を一斉に偏向させ、基板上を走査させる。 また走査と同時に、描画すべきパターンに応じて複数の荷電粒子線を個別に制御することによりパターンを形成するものである。 この荷電粒子線描画装置は、マスクを用いず任意の描画パターンを形成でき、且つ描画範囲が大画角を構成できるのでスループットが改善できるという特徴を持つ。

図７を参照して、マルチビーム型の荷電粒子線描画装置を説明する。

不図示の電子銃が放射する荷電粒子線は、クロスオーバー像１０１として結像され、コンデンサレンズ１０２により略平行な荷電粒子線１０１ａにされる。 アパーチャアレイ１０３は、二次元に配列された複数の開口１０３ａを有し、レンズアレイ１０４は、二次元に配列された複数の電子レンズを有する。 偏向器アレイ１０５、１０６、１０７は、それぞれ二次元に配列された複数の偏向器を有し、各偏向器は個別に制御可能である。

荷電粒子線１０１ａは、アパーチャアレイ１０３の開口１０３ａにより複数の荷電粒子線１０１ｂに分割される。 分割された複数の荷電粒子線１０１ｂは、レンズアレイ１０４の対応する電子レンズにより偏向器アレイ１０７の高さにクロスオーバー像１０１の中間像１０１ｃを形成する。 このとき偏向器アレイ１０５、１０６の各偏向器は、各荷電粒子線１０１ｂの中間像１０１ｃが偏向器アレイ１０７の各偏向器の所定の位置を通過するように、個別に制御される。

偏向器アレイ１０７は対応する荷電粒子線１０１ｂを基板１１５上に照射するか遮蔽するかを個別に制御する。 即ち、偏向器アレイ１０７により偏向された荷電粒子線１０１ｂはブランキングアパーチャ（遮蔽板）１０９により遮蔽され、基板１１５上には到達しない。 他方、偏向器アレイ１０７により偏向されない荷電粒子線は電子レンズ１１０を介してブランキングアパーチャ１０９の開口１０９ａを通過し、電子レンズ１１１、１１２、１１３を介して基板１１５上に到達するものである。 偏向器１１４は、ステージ１１６の走査方向と直交する方向に荷電粒子線を偏向させる。

図８を参照して、偏向器アレイ１０７について説明する。 図８において、簡略化のため、図７の電子レンズ１１０の図示を省略している。 偏向器アレイ１０７の偏向器２５１、２５２、２５３により、荷電粒子線２０１、２０２、２０３はそれぞれ次のように制御される。 偏向器２５１、２５３は偏向を行わないように制御することで、荷電粒子線２０１、２０３はブランキングアパーチャ１０９の開口部１０９ａを通過し、基板１１５に到達する。

他方、偏向器２５２は偏向を行うように制御することで、荷電粒子線２０２は軌道を変え、ブランキングアパーチャ１０９の開口１０９ａ以外の所に照射され、基板１１５には到達しない。 偏向器２５１、２５２、２５３は、偏向器２５２のみ偏向を行うが、全て偏向を行うことも可能であり、また、全て偏向を行わないことも可能である。 基板上の位置に応じて、各偏向器が偏向を行うか行わないかを切り替えることによって、基板１１５に所望のパターンを形成する。

従来のマルチビーム型の荷電粒子描画装置において、偏向器等の素子に欠損が生じた場合、下記の問題が生じる。
（１）特定の荷電粒子線を基板１１５上に到達できなくなる（照射不能）。
（２）特定の荷電粒子線が基板１１５上に照射し続ける（遮蔽不能）。
（３）特定の荷電粒子線が予想しない位置へ移動してしまう（位置制御不能）。

これに対して、偏向器アレイの上方（光源側）において複数の荷電粒子線を共通ブランカーで一括に偏向させ、偏向器アレイの正常な偏向器を用いて個別に荷電粒子線を偏向させブランキングアパーチャの開口を通過させる構成が特許文献３に記載されている。 これによれば、偏向器アレイのうち欠損がある偏向器を通過した荷電粒子線はブランキングアパーチャの開口がない部分で遮蔽されるため、正常な偏向器のみを用いて基板にパターンを形成することができる。

しかしながら、上述の構成において、欠損がある偏向器に対応する荷電粒子線をパターン形成に使用していないため、所望のパターンを得るためにはさらに描画工程を追加する必要がある。 すなわち、合計で２回の描画工程を経てパターンを形成するため、スループットの面で不利となる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、偏向器等の素子に欠損がある場合においても、スループットの低下を抑えつつ、所望のパターンを形成可能な荷電粒子線描画装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の荷電粒子線描画装置は、複数の開口を用いて複数の荷電粒子線を形成可能なアパーチャアレイと、複数の主素子と、前記主素子と異なる複数の補助素子とを含む素子アレイと、前記複数の主素子の欠損に関する情報を取得し、該情報にもとづいて前記素子アレイを制御する制御部とを備え、前記制御部は、欠損がない場合には前記主素子のみを用い、欠損がある場合には欠損がある主素子を使用せずに、かつ前記補助素子を使用するように、前記素子アレイを制御することを特徴としている。

本発明の荷電粒子線描画装置によれば、素子に欠損がある場合においても、スループットの低下を抑えつつ、所望のパターンを形成可能である。

実施例１のマルチビーム型荷電粒子線描画装置の概略を示す図

偏向器アレイを示す上面図

実施例２における偏向器アレイを示す上面図

実施例３における偏向器アレイの動作を示す図

実施例３における偏向器アレイを示す上面図

実施例４におけるマルチビーム型荷電粒子線描画装置の概略を示す図

従来のマルチビーム型荷電粒子線描画装置の概略を示す図

従来の偏向器アレイの動作を示す図

（実施例１）
図１を参照して、本発明の実施例１のマルチビーム型荷電粒子線描画装置を説明する。 図１において、複数の荷電粒子線の主軸（基板表面に垂直な軸）をＡＸとして示し、主軸方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向、Ｙ方向とする。

不図示の電子銃が放射する荷電粒子線は、クロスオーバー像１０１として結像され、コンデンサレンズ（電子レンズ）１０２により略平行な荷電粒子線１０１ａにされる。 アパーチャアレイ１０３は、二次元に配列された複数の開口１０３ａを有し、レンズアレイ１０４は、二次元に配列された複数の電子レンズを有する。 偏向器アレイ１０５、１０６、１０７は、二次元に配列された複数の偏向器を有し、各偏向器は個別に制御可能である。

アパーチャアレイ１０３は、複数の開口１０３ａを用いて複数の荷電粒子線１０１ｂを形成可能である。 形成された複数の荷電粒子線１０１ｂの各々は、レンズアレイ１０４の対応する電子レンズにより偏向器アレイ１０７の高さにクロスオーバー像１０１の中間像１０１ｃを形成する。 このとき偏向器アレイ１０５、１０６は、荷電粒子線１０１ｂの中間像１０１ｃが偏向器アレイ１０７の所定の位置を通過するように制御される。

偏向器アレイ１０７は荷電粒子線１０１ｂを基板１１５上に照射するか遮蔽板により遮蔽するかを個別に制御する。 即ち、偏向器アレイ１０７により偏向された荷電粒子線１０１ｂは遮蔽板１０９により遮蔽され、基板１１５上には到達しない。 他方、偏向器アレイ１０７により偏向されない荷電粒子線は電子レンズ１１０を介して遮蔽板１０９に形成された開口１０９ａを通過し、電子レンズ１１１、１１２、１１３を介して基板１１５上に到達する。 偏向器アレイ１１４は、基板１１５を搭載したステージ１１６の走査方向に直交する方向に荷電粒子線を偏向させるのが望ましい。 しかしながら、直交に限定するものでは無く、他の角度に偏向するでも良い。 ステージ１１６上には照射される荷電粒子線を検出する検出器４２０が配置される。

また、本実施例において、偏向器アレイ１０５、１０６、１０７の上方（前段）かつアパーチャアレイ１０３の下方（後段）に、偏向器アレイ３０１（第１偏向器アレイ）、３０２（第３偏向器アレイ）が設けられる。 さらに、偏向器アレイ１０５、１０６、１０７の下方かつ遮蔽板１０９の上方に偏向器アレイ３０３（第２偏向器アレイ）、３０４（第３偏向器アレイ）が設けられる。 これらの偏向器アレイの偏向器は、複数の荷電粒子線のうち対応する荷電粒子線を偏向可能である。

なお、上述の偏向器や電子レンズは、好適には、開口を介して互いに対向する一対の電極を含み、公知のものを適用できる。 しかしながら、電極に限るものではなく、磁極などでもよい。

制御部５００は、レンズアレイ１０４を制御する制御部４０２、偏向器アレイ１０５、１０６を制御する制御部４０３、偏向器アレイ１０７を制御する制御部４０４、電子レンズ１０２、１１０、１１１、１１２、１１３を制御する制御部４０６を備える。 さらに、偏向器アレイ１１４を制御する制御部４０７、ステージの駆動を制御する制御部４０８、偏向器アレイ３０１、３０２、３０３、３０４を制御する制御部４０５を備える。 これらの制御部は主制御部４０１と通信可能になっている。

偏向器アレイ（素子アレイ）１０５、１０６、１０７は、アパーチャアレイ１０３の複数の開口１０３ａに対向する領域に設けられた複数の主偏向器３１１（主素子）と、この領域とは異なる領域に設けられた複数の補助偏向器３１２（補助素子）とを備える。

図２は、図１の偏向器アレイ１０５を上方（光源側）から見た図である。 本実施例では開口１０３ａにより５×５本の荷電粒子線が形成される。 主偏向器３１１は、この荷電粒子線に対応する位置に配列され、図中の○で示される。 また、補助偏向器３１２は、図中の□で示される。

本実施例では、主偏向器３１１は開口１０３ａと同じ数だけ２次元に配列され、補助偏向器３１２はこの２次元の平面上において主偏向器３１１を囲むように配列される。 ただし、補助偏向器３１２はこの配列に限られず、少なくとも１つ設けられていればよい。

以下、偏向器アレイ１０５、１０６，１０７の主偏向器３１１の一部に欠損がある場合の動作について説明する。 偏向器アレイ１０５、１０６の一部が欠損により制御不能となると、前述の位置調整が正しく行われず、微細なパターンを形成することができない。 また、偏向器アレイ１０７の一部が欠損により制御不能となると、基板上の不要な位置にパターンを形成したり、必要な位置にパターンが形成されない問題が生じる。 そこで、本発明では、欠損がある偏向器の代わりに補助偏向器を用いてパターンを形成する。

制御部５００は、主偏向器３１１の欠損に関する情報を取得可能である。 具体的には、複数の主偏向器３１１のうち欠損がある偏向器をユーザがインターフェイスを介して入力する、もしくは、装置が自動で検知することによって特定する。 そして制御部５００は、複数の荷電粒子線の一部が複数の主偏向器のうち欠損を有する偏向器を避け、かつ、複数の荷電粒子線の一部が補助偏向器を通過するように、偏向器アレイ３０１、３０２を制御する。 本実施例では、偏向器アレイ１０５の偏向器が配列される平面に垂直に荷電粒子線を入射させるために偏向器アレイ３０２を偏向器アレイ３０１の下方に設けている。 いいかえると、偏向器アレイ３０２は、偏向器アレイ３０１を通過した荷電粒子線を偏向させて、複数の荷電粒子線の主軸ＡＸに平行（実質平行を含む）にする。 しかしながら、偏向器アレイ３０１と偏向器アレイ１０５との間の距離が十分に大きくて偏向器アレイ１０５に入射する荷電粒子線が実質平行とみなせる場合には、偏向器３０１のみ設けてもよい。

さらに、制御部５００は、補助偏向器３１２を通過した荷電粒子線が遮光板１０９の開口を通過するように偏向器アレイ３０３、３０４を制御する。 本実施例では、電子レンズ１１０の表面に垂直に荷電粒子線を入射させるために偏向器アレイ３０４を偏向器アレイ３０３の下方に設けている。 いいかえると、偏向器アレイ３０４は、偏向器アレイ３０３を通過した荷電粒子線を偏向させて、複数の荷電粒子線の主軸ＡＸに平行（実質平行を含む）にする。 しかしながら、偏向器アレイ３０３と偏向器アレイ１０７との間の距離が十分に大きくて電子レンズ１１０に入射する荷電粒子線が実質平行とみなせる場合には偏向器３０３のみ設けてもよい。 また、この場合に、偏向器３０３の機能を偏向器１０７にもたせることによって偏向器３０３、３０４を設けない構成も可能である。

図２において、欠損を有する偏向器３１１ａに対応する開口１０３ａを通過した荷電粒子線は、偏向器アレイ３０１、３０２により偏向され、欠損を有する偏向器３１１ａのひとつ外側の偏向器３１１ｂに導かれる。 また、偏向器３１１ｂに対応する開口１０３ａを通過した荷電粒子線は、偏向器３０１、３０２により偏向され、偏向器３１１ｂのひとつ外側の補助偏向器３１２ａに導かれる。 すなわち、使用する偏向器をひとつ外側にずらす作業を、補助偏向器に至るまで繰り返す。 そして、各偏向器を通過した荷電粒子線は、偏向器３０３、３０４により偏向され、元の位置に戻される。 ここで、元の位置とは、偏向器３０１、３０２により偏向しないときの荷電粒子線の位置である。 なお、本実施例において偏向器アレイ１０５の偏向器に欠損がある場合のみではなく、偏向器アレイ１０６、１０７の偏向器に欠損がある場合にも同様に欠損のある偏向器を回避可能である。

また、制御部５００は、制御信号入換回路４１０、４１１を備える。 制御信号入換回路により各偏向器への制御信号を入れ換えることによって、欠損がない場合において偏向器アレイ３０１、３０２、３０３、３０４を使用しないときと同様に基板にパターンを形成することができる。 図２において補助偏向器への制御信号を４１３、主偏向器への制御信号を４１４、それ以外の制御信号を４１５として示す。

なお、本実施例においては、偏向器アレイ３０１、３０２を偏向器アレイ１０５の上方に設けて、偏向器アレイ３０３、３０４を偏向器アレイ１０７の下方に設けている。 このように配置することで、偏向器アレイ１０５、１０６、１０７のいずれかの偏向器で欠損がある場合においても欠損を避けて基板にパターンを描画することができる。 しかしながら、本発明はこれにかぎられるものではなく、例えば、偏向器アレイ１０５、１０６、１０７のいずれかの偏向器アレイの上方に偏向器アレイ３０１、３０２を設けて、その偏向器アレイの下方に偏向器アレイ３０３、３０４を設けてもよい。

また、本発明は偏向器を有するアレイではなく、他の素子を有する素子アレイにおいても適用できる。 例えば、レンズアレイ１０４に補助電子レンズを設けて、その前段に偏向器アレイ３０１、３０２を設けて、後段に偏向器アレイ３０３、３０４を設けてもよい。

つぎに複数の主偏向器３１１のうち欠損がある偏向器を装置が自動で特定する方法について説明する。

まず、所定のタイミングで、ステージ１１６とともに検出器４２０を荷電粒子線１０１ｄが照射される位置に移動させる。 所定のタイミングは、基板毎であってもよいし、ロット毎であってもよく、ユーザがこのタイミングを適宜、設定可能にしてもよい。 そして、主偏向器３１１を介して検出器４２０に荷電粒子線を照射し、検出器により荷電粒子線を検出する。 検出器４２０として、例えば、ファラデーカップと電流計が用いられる。

なお、ファラデーカップは１つに限られず、複数のファラデーカップをアレイ状に並べたものでもよい。 この場合、複数の荷電粒子線を同時に検出することができるため、検出時間が短縮できる。

制御部４２１は記憶部を含み、描画に必要な電流値が予め記憶部に記憶される。 制御部４２１は、検出器４２０により検出された電流値と予め記憶される電流値を比較し、電流値が正常であるかどうかを判断する。 また、荷電粒子線を照射しない状態での電流値が予め記憶部に記憶される。 荷電粒子線を偏向器アレイで偏向させて遮蔽板１０９により遮蔽させ、このときに検出器４２０により検出された電流値と、照射しない状態での電流値を比較し、正常に偏向されているかどうかを判断する。 このようにして、偏向器アレイ１０５、１０６、１０７のいずれかの偏向器に欠損があるかどうかを判断する。

欠損があると判断された場合には、制御信号入換部４１０、４１１は、欠損のある偏向器を避けるように、制御部４０３、４０４からの制御信号を入れ換える。 また、制御部４１２は、欠損のある偏向器を避けるように偏向器３０１、３０２、３０３、３０４を制御する。 このように、制御信号を入れ換えるようにすることで、制御系を簡易化することができる。

以上、本実施例によれば、複数の素子を有するアレイにおいて、一部の素子に欠損がある場合においても、継続して基板への描画を行うことが可能である。 これにより、メンテナンス時といった装置が稼働していないときに欠損がある素子を交換できるため、装置のスループット（稼働率）を向上させることができる。

また、主偏向器の一部に欠損がある場合であっても代わりに補助偏向器を用いるため、複数の荷電粒子線を無駄なく使用することができる。 従来例においては、欠損を有する偏向器を通過する荷電粒子線は、遮蔽板で遮蔽する必要があり、遮蔽された荷電粒子線は不要な熱源になる。 本実施例によれば、本来必要の無い所での熱源を生み出すことも無く、熱変動等に敏感な場所への対策等も少なくて済む。 また、従来において所望のパターンを形成するために２回以上の描画工程を必要としていたのに対して、本実施例によれば１回の描画工程で所望のパターンを形成できるため、スループットの面で有利である。

（実施例２）
実施例２について説明をする。 特に言及しない箇所については実施例１と同様であるとする。 実施例２では、主偏向器の欠損が複数あった場合について図３を用いて説明する。

図３は、図１の偏向器アレイ１０５を上方（光源側）から見た図である。 主偏向器３１１は、この荷電粒子線に対応する位置に配列され、図中の○で示される。 また、補助偏向器３１２は、図中の□で示される。 また、欠損がある主偏向器に×で示す。 このように、複数の欠損がある場合であっても、矢印の方向に各荷電粒子線を偏向させることによって、欠損を回避して補助偏向器に導くことが可能である。

（実施例３）
次に、図４を参照して、本発明の実施例３を説明する。 特に言及しない箇所については実施例１と同様であるとする。 本実施例において、偏向器アレイ３０１、３０２、３０３、３０４の各偏向器が複数の荷電粒子線を偏向可能に構成されている。 本実施例では、２×２本の荷電粒子線を偏向させる例について説明するが、１つの偏向器で一括で偏向する荷電粒子線の本数はこれに限定されない。 また、実施例１では偏向器アレイ１０５の前段に偏向器アレイ３０１、３０２を配置していたが、本実施例では偏向器アレイ１０７の前段に偏向器アレイ３０１、３０２を配置している。 ただし、偏向器アレイ３０１、３０２の配置はこれにかぎられず、実施例１と同様の位置に配置されていてもよい。

図５は、偏向器アレイ１０７を上方（光源側）から見た図である。 主偏向器３１１は、この荷電粒子線に対応する位置に配列され、図中の○で示される。 また、補助偏向器３１２は、図中の□で示される。 また、欠損がある主偏向器に×で示す。 ここで、偏向器３０１、３０２は３２４で囲まれた領域を通過する複数の荷電粒子線を一括で偏向させる。

アパーチャアレイ１０３の各開口を通過した荷電粒子線２１１、２１２、２１３は、偏向器アレイ３０１により欠損を有する偏向器３２１を回避するように偏向される。 つまり、荷電粒子線２１１、２１２、２１３は図５の矢印３２１ｃの方向に偏向される。 この偏向により荷電粒子線２１１は、偏向器アレイ３０１の補助偏向器に導かれる。 これに対して、荷電粒子線２１４、２１５は偏向器アレイ３０１により偏向されない。

そして、偏向器アレイ３０３により、荷電粒子線２１１、２１２、２１３を偏向させて、偏向器アレイ３０１により偏向される前の位置にもどされる。

本実施例によれば、偏向器アレイ３０１、３０２、３０３、３０４の各偏向器を大きくすることができる。 すなわち、各偏向器の電極間の開口を大きくすることができ、偏向器アレイ３０１、３０２、３０３、３０４の製造プロセスを簡易化し、製造コストや製造に要する時間を低減させることが可能となる。 また、偏向器の電極間の開口を大きくすることで、偏向器アレイ３０１、３０２、３０３、３０４の偏向器に欠損が生じる可能性を低減させることができる。

（実施例４）
次に、図６を参照して、本発明の実施例３を説明する。 特に言及しない箇所については実施例１と同様であるとする。 本実施例の構成では、実施例１の偏向器アレイ３０３、３０４を有さず、アパーチャアレイ１０３が補助偏向器３１２に対向する位置に開口を有している。

また、本実施例の荷電粒子線描画装置は、開口を開閉可能なシャッター１１７を備える。 これにより、欠損がない場合には補助偏向器３１２に対向する開口を閉じて描画を行い、欠損がある場合には欠損がある主偏向器に対向する開口を閉じて、代わりに補助偏向器３１２に対向する開いて描画を行う。 図６においては、主偏向器３１１の左から２番目の偏向器に欠損がある場合を示している。

本実施例の構成では、実施例１の場合に比べて、欠損がない場合にも冗長に荷電粒子線を形成するため、エネルギー消費や不要な熱の発生という観点では不利ではある。 しかしながら、偏向器アレイ３０１、３０２を備えないため、コスト低減や、偏向器アレイ３０１、３０２の故障によるトラブルを回避することが可能となる。

なお、シャッターを設けずに、欠損がある偏向器を介した荷電粒子線をその後段で偏向させることによって遮蔽板で遮蔽させる構成も可能である。 この応用として、特開２００５−１１６７４３号公報に記載される技術と組み合わせることも可能である。

（デバイス製造方法の実施例）
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板（ウェハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その露光された基板を現像する工程と、を経ることにより形成、製造される。 現像された基板を加工する工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等を含む。

１０３ アパーチャアレイ １０３ａ 開口 １０４ レンズアレイ １０５，１０６，１０７，３０１，３０２，３０３，３０４ 偏向器アレイ ５００ 制御部 １０５ 基板