JP2004055166A

JP2004055166A - マルチ荷電ビームレンズ及びこれを用いた荷電粒子線露光装置ならびにデバイス製造方法

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Publication number: JP2004055166A
Application number: JP2002207292A
Authority: JP
Inventors: Haruto Ono; 小野　治人; Kenichi Osanaga; 長永　兼一; Yoshinori Nakayama; 中山　義則; Maki Takakuwa; 高桑　真樹; Harunobu Muto; 武藤　治信
Original assignee: Canon Inc; Advantest Corp; Hitachi Ltd
Current assignee: Canon Inc; Advantest Corp; Hitachi Ltd
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP3834271B2

Abstract

【課題】マルチ荷電ビームレンズにおける絶縁体のチャージアップによる電子ビームへの影響を解消する。
【解決手段】複数の荷電ビーム用開口２０２ａが設けられた荷電ビーム通過領域２０２を有する複数枚の電極２０１ａ〜ｃが、ファイバーチップ２１２を介して荷電ビームの光軸方向に積層されて構成されたマルチ荷電ビームレンズが提供される。ここで、複数の電極２０１ａ〜ｃは、荷電ビーム通過領域２０２とファイバーチップ２１２との間にシールド用開口２０３が設けられており、導電性のシールド２０４が、電極に接触することなく、シールド用開口２０３を貫通して配置され、荷電ビーム通過領域２０２と、絶縁体であるファイバーチップ２１２とを結ぶ全ての直線経路を遮断する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム等の荷電粒子線を用いた露光装置に使用される電子光学系に関し、特に複数の電子光学系をアレイにした電子光学系アレイにおけるマルチ荷電ビームレンズに関するものである。なお、荷電粒子線（荷電ビームともいう）は、電子ビームやイオンビームの総称である。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの生産において、電子ビーム露光技術は０．１μｍ以下の微細パターン露光を可能とするリソグラフィの有力候補として脚光を浴びており、いくつかの方式がある。例えば、いわゆる一筆書きでパターンを描画する可変矩形ビーム方式がある。しかしこれはスループットが低く量産用露光機としては課題が多い。スループットの向上を図るものとして、ステンシルマスクに形成したパターンを縮小転写する図形一括露光方式が提案されている。この方式は、繰り返しの多い単純パターンには有利であるが、ロジック配線層等のランダムパターンではスループットの点で課題が多く、実用化に際して生産性向上の妨げが大きい。
【０００３】
これに対して、マスクを用いずに複数本の電子ビームで同時にパターンを描画するマルチビームシステムの提案がなされている。このマルチビームシステムは、物理的なマスクの作製や交換を不要とし、実用化に向けて多くの利点を備えている。このマルチビームシステムにおいて電子ビームをマルチ化する上で重要となるのが、これに使用する電子レンズのアレイ数である。電子ビーム露光装置の内部に配置できる電子レンズのアレイ数によりビーム数が決まり、スループットを決定する大きな要因となるからである。このため電子レンズの性能を高めながら且つ如何に小型化できるかがマルチビーム型露光装置の性能向上のカギのひとつとなる。
【０００４】
電子レンズには電磁型と静電型があり、静電型は電磁型に比べて、コイルコア等を設ける必要がなく構成が容易であり小型化に有利となる。静電型の電子レンズ（静電レンズ）の小型化に関する主な従来技術としては、以下のような文献がある。
【０００５】
Ａ．Ｄ．　Ｆｅｉｎｅｒｍａｎ等（Ｊ．　Ｖａｃ．　Ｓｃｉ．　Ｔｅｃｈｎｏｌ．　Ａ　１０（４），　ｐ６１１，　１９９２）は、ファイバとＳｉの結晶異方性エッチングにより作製したＶ溝を用いたマイクロメカニクス技術により、静電単一レンズである３枚の電極からなる３次元構造体を形成することを開示する。Ｓｉにはメンブレン枠とメンブレンと該メンブレンに電子ビームが通過する開口を設ける。また、Ｋ．Ｙ．　Ｌｅｅ等（Ｊ．　Ｖａｃ．　Ｓｃｉ．　Ｔｅｃｈｎｏｌ．　Ｂ１２（６），　ｐ３４２５，　１９９４）は、陽極接合法を利用してＳｉとパイレックス（登録商標）ガラスが複数積層に接合された構造体を開示するもので、高精度にアライメントされたマイクロカラム用電子レンズを作製する。また、Ｓａｓａｋｉ（Ｊ．　Ｖａｃ．　Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．　１９，　９６３　（１９８１））はレンズ開口配列を有する３枚電極でアインツェルレンズ配列にした構成を開示する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例によれば、電子レンズは複数の電極が絶縁体を介して積層された構造を有する。しかしながら、上記従来例において電子レンズを構成している絶縁体は電子ビームからは剥き出しであるため、絶縁体が帯電し易い。すなわち、絶縁体表面に生じる電荷により電界が発生し、この電界によって電子ビーム軌道が不安定になったり、収差が増大してビームがボケるという所謂チャージアップ問題という大きな課題がある。この課題に対する解決策として、ビームから絶縁体を見えなくする事により、チャージアップを防止する方法があるが、この方法の適用は、シングルビーム用のレンズに限られており、半導体プロセスを利用して作成したマルチ荷電ビームレンズにおいては、絶縁体のチャージアップは依然として大きな課題であった。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の課題を認識することを出発点とするもので、その改良を主目的とするものである。
その具体的な目的のひとつは、小型化、高精度化といった各種条件を高いレベルで実現したマルチ荷電ビームレンズを提供することにある。また、より具体的には、チャージアップによる電子ビームへの影響を軽減した優れたマルチ荷電ビームレンズを提供することを目的とする。さらには、これを用いた高精度な露光装置、生産性に優れたデバイス製造方法、半導体デバイス生産工場などを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明によるマルチ荷電ビームレンズは以下の構成を備える。すなわち、
複数の荷電ビーム用開口が設けられた荷電ビーム通過領域を有する複数枚の電極を、絶縁体を介して荷電ビームの光軸方向に積層することによって構成されたマルチ荷電ビームレンズであって、
前記絶縁体を挟む各電極の対において、
少なくとも一方の電極の他方の電極と対向する面において、前記荷電ビーム通過領域と前記絶縁体との間に設けられた開口と、
前記開口内に侵入し、少なくとも当該開口を有する電極とは接触せず、前記荷電ビーム通過領域と前記絶縁体との間に設けられた導電性シールドとを備える。
【０００９】
また、本発明によれば、
荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、
上記マルチ荷電ビームレンズを含み、前記荷電粒子源の中間像を複数形成する補正電子光学系と、
前記複数の中間像をウエハに縮小投影する投影電子光学系と、
前記ウエハに投影される前記複数の中間像がウエハ上で移動するように偏向する偏向器とを備える荷電粒子線露光装置が提供される。
【００１０】
更に、本発明によれば、荷電粒子線露光装置を用いたデバイスの製造方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
＜電子ビーム露光装置の構成要素説明＞
まず、本発明のマルチ荷電ビームレンズを適用可能な電子ビーム露光装置について説明する。
【００１３】
図１０は本実施形態による電子ビーム露光装置の要部概略図である。図１０において、１は電子銃であり、カソード１ａ、グリッド１ｂ、アノード１ｃを含んで構成される。電子銃１において、カソード１ａから放射された電子はグリッド１ｂとアノード１ｃの間でクロスオーバ像を形成する（以下、このクロスオーバ像を電子源と記す）。
【００１４】
この電子銃１から放射される電子は、その前側焦点位置が電子源位置にあるコンデンサーレンズ２によって略平行の電子ビームとなる。本実施形態のコンデンサーレンズ２は、３枚の開口電極で構成されるユニポテンシャルレンズを２組（２１、２２）有する。コンデンサーレンズ２によって得られた略平行な電子ビームは、補正電子光学系３に入射する。補正電子光学系３は、アパーチャアレイ、ブランカーアレイ、本発明の一実施形態としてのマルチ荷電ビームレンズ、要素電子光学系アレイユニット、ストッパーアレイで構成される。なお、補正電子光学系３の詳細については後述する。
【００１５】
補正電子光学系３は、光源の中間像を複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学系４によって縮小投影され、ウエハ５上に光源像を形成する。その際、ウエハ５上の光源像の間隔が光源像の大きさの整数倍になるように、補正電子光学系３は複数の中間像を形成する。更に、補正電子光学系３は、各中間像の光軸方向の位置を縮小電子光学系４の像面湾曲に応じて異ならせるとともに、各中間像が縮小電子光学系４によってウエハ５に縮小投影される際に発生する収差を予め補正している。
【００１６】
縮小電子光学系４は、２組の対称磁気タブレットを含んで構成され、各対称磁気タブレットは第１投影レンズ４１（４３）と第２投影レンズ４２（４４）とからなる。第１投影レンズ４１（４３）の焦点距離をｆ１、第２投影レンズ４２（４４）の焦点距離をｆ２とすると、この２つのレンズ間距離はｆ１＋ｆ２になっている。光軸上ＡＸの物点は第１投影レンズ４１（４３）の焦点位置にあり、その像点は第２投影レンズ４２（４４）の焦点に結ぶ。この像は−ｆ２／ｆ１に縮小される。また、２つのレンズ磁界が互いに逆方向に作用する様に決定されているので、理論上は、球面収差、等方性非点収差、等方性コマ収差、像面湾曲収差、軸上色収差の５つの収差を除いて他のザイデル収差および回転と倍率に関する色収差が打ち消される。
【００１７】
６は、偏向器であり、補正電子光学系３からの複数の電子ビームを偏向させて、複数の光源像をウエハ５上でＸ，Ｙ方向に略同一の変位量だけ変位させる。偏向器６は、図示はされていないが、偏向幅が広い場合に用いられる主偏向器と偏向幅が狭い場合に用いられる副偏向器とで構成されている。なお、主偏向器は電磁型偏向器で、副偏向器は静電型偏向器である。
【００１８】
７はダイナミックフォーカスコイルであり、偏向器６を作動させた際に発生する偏向収差による光源像のフォーカス位置のずれを補正する。また、８はダイナミックスティグコイルであり、ダイナミックフォーカスコイル７と同様に、偏向により発生する偏向収差の非点収差を補正する。
【００１９】
９は、ウエハを載置し、光軸ＡＸ（Ｚ軸）方向とＺ軸回りの回転方向に移動可能なθ−Ｚステージである。θ−Ｚステージ９には、ステージ基準板１０とファラデーカップ１３が固設されている。このファラデーカップ１３は補正電子光学系３からの電子ビームが形成する光源像の電荷量を検出する。１１はＸＹステージであり、θ−Ｚステージ９を載置し、光軸ＡＸ（Ｚ軸）と直交するＸＹ方向に移動可能なステージである。１２は、電子ビームによってステージ基準板１０上のマークが照射された際に生じる反射電子を検出する反射電子検出器である。
【００２０】
次に、図１１を用いて補正電子光学系３について説明する。図１１（Ａ）は、電子銃１側から補正電子光学系３を見た図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＡＡ’断面図である。
【００２１】
前述したように、補正電子光学系３は、光軸ＡＸに沿って、電子銃１側から順に配置されたアパーチャアレイＡＡ、ブランカーアレイＢＡ、マルチ荷電ビームレンズＭＬ、要素電子光学系アレイユニットＬＡＵ（ＬＡ１〜ＬＡ４）、ストッパーアレイＳＡで構成される。
【００２２】
アパーチャアレイＡＡは、基板に複数の開口が形成されており、コンデンサーレンズ２から略平行な電子ビームを複数の電子ビームに分割する。ブランカーアレイＢＡは、アパーチャアレイＡＡで分割された複数の電子ビームを個別に偏向する偏向手段を一枚の基板上に複数形成したものである。そのひとつの偏向手段の詳細を図１２に示す。基板３１は開口ＡＰを有する。また、３２は開口ＡＰを挟んだ一対の電極で構成され、偏向機能を有するブランキング電極である。また、基板上３１にはブランキング電極３２を個別にｏｎ／ｏｆｆするための配線（Ｗ）が形成されている。
【００２３】
図１１に戻り、マルチ荷電ビームレンズＭＬは補正電子光学系３の中で荷電ビーム収束作用を大きくするために用いられる。本実施形態のマルチ荷電ビームレンズＭＬは、上述したチャージアップ対策が施されており、その構成の詳細については後述する。
【００２４】
要素電子光学系アレイユニットＬＡＵは、同一平面内に複数の電子レンズを２次元配列して形成した電子レンズアレイである、第１電子光学系アレイＬＡ１、第２電子光学系アレイＬＡ２、第３電子光学系アレイＬＡ３、第４電子光学系アレイＬＡ４で構成される。
【００２５】
図１３は、第１電子光学系アレイＬＡ１を説明する図である。第１電子レンズアレイＬＡ１は、開口が複数配列された上部電極ＵＥ、中間電極ＣＥ、下部電極ＬＥの３枚から成るマルチ静電レンズで、光軸ＡＸ方向に並ぶ上・中・下電極で一つの電子レンズＥＬ１、いわゆるユニポテンシャルレンズを構成している。各電子光学系の上部・下部の電極の全てを同一電位で接続して同一の電位に設定している（本実施形態では、電子ビームの加速電位にしている）。そして、ｙ方向に並ぶ各電子レンズの中間電極は共通の配線（Ｗ）で接続されている。その結果、後述するＬＡＵ制御回路１１２によりｙ方向に並ぶ各電子レンズの中間電極毎の電位を個別に設定することができ、これにより、ｙ方向に並ぶ電子レンズの光学特性は略同一に設定され、ｙ方向に並ぶ電子レンズ群毎の光学特性（焦点距離）をそれぞれ個別に設定している。言い換えれば、ｙ方向に並び同一の光学特性（焦点距離）に設定される電子レンズを一つのグループとし、ｙ方向と直交するｘ方向に並ぶグループの光学特性（焦点距離）をそれぞれ個別に設定している。
【００２６】
図１４は、第２電子光学系アレイＬＡ２を説明する図である。第２電子光学系アレイＬＡ２が第１電子光学系アレイＬＡ１と異なる点は、ｘ方向に並ぶ各電子レンズの中間電極が共通の配線（Ｗ）で接続されている点である。その結果、後述するＬＡＵ制御回路１１２により、ｘ方向に並ぶ各電子レンズの中間電極毎の電位を個別に設定することができ、ｘ方向に並ぶ電子レンズの光学特性は略同一に設定され、ｘ方向に並ぶ電子レンズ群毎の光学特性（焦点距離）を個別に設定している。言い換えれば、ｘ方向に並び同一の光学特性（焦点距離）に設定される電子レンズを一つのグループとし、ｙ方向に並ぶグループの光学特性（焦点距離）をそれぞれ個別に設定している。
【００２７】
第３電子光学系アレイＬＡ３は、第１電子光学系アレイＬＡ１と同じであり、また、第４電子光学系アレイＬＡ４は、第２電子光学系アレイＬＡ２と同じであるので、それらの説明は省略する。
【００２８】
次に、電子ビームが上記説明した補正電子光学系３によって受ける作用に関して、図１５を用いて説明する。
【００２９】
アパーチャアレイＡＡによって分割された電子ビームＥＢ１、ＥＢ２は、互いに異なるブランキング電極を介して、要素電子光学系アレイユニットＬＡＵに入射する。電子ビームＥＢ１は第１電子光学系アレイＬＡ１の電子レンズＥＬ１１、第２電子光学系アレイＬＡ２の電子レンズＥＬ２１、第３電子光学系アレイＬＡ３の電子レンズＥＬ３１、第４電子光学系アレイＬＡ４の電子レンズＥＬ４１を介して、電子源の中間像ｉｍｇ１を形成する。一方、電子ビームＥＢ２は、第１電子光学系アレイＬＡ１の電子レンズＥＬ１２、第２電子光学系アレイＬＡ２の電子レンズＥＬ２２、第３電子光学系アレイＬＡ３の電子レンズＥＬ３２、第４電子光学系アレイＬＡ４の電子レンズＥＬ４２を介して、電子源の中間像ｉｍｇ２を形成する。
【００３０】
その際、前述したように、第１、３電子光学系アレイＬＡ１、ＬＡ３のｘ方向に並ぶ電子レンズは、互いに異なる焦点距離になるように設定されていて、第２、４電子光学系アレイＬＡ２、４のｘ方向に並ぶ電子レンズは同一の焦点距離になるように設定されている。更に、電子ビームＥＢ１が通過する電子レンズＥＬ１１、電子レンズＥＬ２１、電子レンズＥＬ３１、電子レンズＥＬ４１の合成焦点距離と、電子ビームＥＢ２が通過する電子レンズＥＬ１２、電子レンズＥＬ２２、電子レンズＥＬ３２、電子レンズＥＬ４２の合成焦点距離が略等しくなるように、各電子レンズの焦点距離を設定している。それにより、電子源の中間像ｉｍｇ１とｉｍｇ２とは略同一の倍率で形成される。また、各中間像が縮小電子光学系４を介してウエハ５に縮小投影される際に発生する像面湾曲を補正するために、その像面湾曲に応じて、電子源の中間像ｉｍｇ１とｉｍｇ２が形成される光軸ＡＸ方向の位置を異ならせしめている。
【００３１】
また、電子ビームＥＢ１、ＥＢ２は、通過するブランキング電極に電界が印加されると、図中破線のようにその軌道を変え、ストッパーアレイＳＡの各電子ビームに対応した開口を通過できず、電子ビームＥＢ１、ＥＢ２が遮断される。
【００３２】
次に本実施形態のシステム構成図を図１６に示す。ＢＡ制御回路１１１は、ブランカーアレイＢＡのブランキング電極のｏｎ／ｏｆｆを個別に制御する制御回路であり、ＬＡＵ制御回路１１２は、レンズアレイユニットＬＡＵの電子光学特性（焦点距離）を制御する制御回路である。
【００３３】
Ｄ＿ＳＴＩＧ制御回路１１３は、ダイナミックスティグコイル８を制御して縮小電子光学系４の非点収差を制御する制御回路である。Ｄ＿ＦＯＣＵＳ制御回路１１４は、ダイナミックフォーカスコイル７を制御して縮小電子光学系４のフォーカスを制御する制御回路である。偏向制御回路１１５は偏向器６を制御する制御回路である。光学特性制御回路１１６は、縮小電子光学系４の光学特性（倍率、歪曲、回転収差、光軸等）を調整する制御回路である。
【００３４】
ステージ駆動制御回路１１７は、θ−Ｚステージ９を駆動制御し、かつＸＹステージ１０の位置を検出するレーザ干渉計ＬＩＭと共同してＸＹステージ１１を駆動制御する制御回路である。
【００３５】
制御系１２０は、描画パターンが記憶されたメモリ１２１からのデータに基づいて、上述した各制御回路を制御する。制御系１２０は、インターフェース１２２を介して電子ビーム露光装置全体をコントロールするＣＰＵ１２３によって制御されている。
【００３６】
＜露光動作の説明＞
次に、図１６を参照して、上述した本実施形態の電子ビーム露光装置の露光動作について説明する。
【００３７】
制御系１２０は、メモリ１２１からの露光制御データに基づいて、偏向制御回路１１５に命じ、偏向器６によって複数の電子ビームを偏向させるとともに、ＢＡ制御回路１１１に命じ、ウエハ５に露光すべきパターンに応じてブランカーアレイＢＡのブランキング電極を個別にｏｎ／ｏｆｆさせる。このとき、ＸＹステージ１１はｙ方向に連続移動しており、ＸＹステージの移動に複数の電子ビームが追従するように、偏向器６によって複数の電子ビームを偏向する。
【００３８】
そして、各電子ビームは、図１７に示すようにウエハ５上の対応する要素露光領域（ＥＦ）を走査露光する。各電子ビームの要素露光領域（ＥＦ）は、２次元に隣接するように設定されているので、その結果、同時に露光される複数の要素露光領域（ＥＦ）で構成されるサブフィールド（ＳＦ）が露光される。
【００３９】
制御系１２０は、サブフィールド（ＳＦ１）を露光後、次のサブフィールド（ＳＦ２）を露光する為に、偏向制御回路１１５に命じ、偏向器６によって、ステージ走査方向（ｙ方向）と直交する方向（ｘ方向）に複数の電子ビームを偏向させる。このとき、偏向によってサブフィールドが変わることにより、各電子ビームが縮小電子光学系４を介して縮小投影される際の収差も変わる。そこで、制御系１２０は、　ＬＡＵ制御回路１１２、Ｄ＿ＳＴＩＧ制御回路１１３、及びＤ＿ＦＯＣＵＳ制御回路１１４に命じ、変化した収差を補正するように、レンズアレイユニットＬＡＵ、ダイナミックスティグコイル８、およびダイナミックフォーカスコイル７を調整する。そして、再度、前述したように、各電子ビームが対応する要素露光領域（ＥＦ）を露光することにより、サブフィールド（ＳＦ２）を露光する。そして、図１７に示すように、サブフィールド（ＳＦ１〜ＳＦ６）を順次露光して、ウエハ５にパターンを露光する。その結果、ウエハ５上において、ステージ走査方向（ｙ方向）と直交する方向（ｘ方向）に並ぶサブフィールド（ＳＦ１〜ＳＦ６）で構成されるメインフィールド（ＭＦ）が露光される。
【００４０】
さらに、制御系１２２は、図１７に示すメインフィールド１（ＭＦ１）を露光後、偏向制御回路１１５に命じ、順次、ステージ走査方向（ｙ方向）に並ぶメインフィールド（ＭＦ２、ＭＦ３、ＭＦ４…）に複数の電子ビームを偏向させると共に露光していく。その結果、図１７に示すように、メインフィールド（ＭＦ２、ＭＦ３、ＭＦ４…）で構成されるストライプ（ＳＴＲＩＰＥ１）を露光する。そして、　ＸＹステージ１０をｘ方向にステップさせ、次のストライプ（ＳＴＲＩＰＥ２）を露光する。
【００４１】
＜マルチ荷電ビームレンズ＞
次に、本実施形態によるマルチ荷電ビームレンズＭＬについて、図１〜３を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態によるマルチ荷電ビームレンズＭＬの平面図である。また、図２（ａ）は図１のＡ―Ａ断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の中心部に位置するレンズ部（荷電ビーム通過領域）の斜視図である。図３は、図２（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【００４２】
図１〜図３に示されるように、マルチ荷電ビームレンズＭＬは３枚の電極２０１ａ〜２０１ｃが絶縁体（光ファイバーチップ２１２）を介して積層されて形成される。すなわち、マルチ荷電ビームレンズＭＬは、短く切った光ファイバーチップ２１２を、上電極２１２ａ、中電極２１２ｂ、下電極２１２ｃに設けられたファイバー用溝２１３に入れて、３枚の電極で挟みこんで形成されている。ファイバー用溝２１３の利用によりレンズとしての組立精度を上げている。２１１は電極裏面大開口であり、２０２で示されるメンブレン電極を形成する。
【００４３】
各電極２０１ａ〜２０１ｃにはシールド用開口２０３が設けられており、この開口を通って導電性シールド２０４が各電極に触れること無く配されている。なお、本明細書において、シールド用開口における「開口」という用語は、図２のような貫通口、図９で後述するような凹部を総称するものとする。図２（ａ）に示す如く、このシールド２０４はクランプ２０５にネジ（不図示）止めされている。クランプ２０５は、このシールド２０４を支持するとともに、ファイバー２１２の直上、直下部位において上電極２０１ａ〜下電極２０１ｃをはさみ込むことにより、接着や接合なしにマルチ荷電ビームレンズを組み立てている。クランプ２０５が電極を押さえる位置が、ファイバーの真上（または真下）であることにより、各電極の歪を抑えることが出来、組立精度の向上が図れる。また、このような機械式のクランプ構造とすることにより、接着剤等の有機物による接着が不要となり、高い真空度を保つことも可能となる。通常、上電極２０１ａと下電極２０１ｃとを接地電位にし、中電極２０１ｂに負（または正）の電圧を印加することにより、電子ビームへのレンズ作用を得る。
【００４４】
図３に示す如く、シールド２０４は荷電ビームの通過するビーム通過領域２０２とファイバー２１２との間に位置し、ファイバー２１２がシールド２０４によって荷電ビームから遮られる配置となっている。これにより、絶縁体であるファイバー２１２のチャージアップが防止或いは低減され、又例え絶縁体がチャージアップした場合でも、その電界による荷電ビームへの影響が防止或いは低減され、ビームボケやビームドリフトを防ぐことが可能となる。
【００４５】
次に上記構造のマルチ荷電ビームレンズの作製方法を図４を参照しながら説明する。
【００４６】
２枚のシリコン層Ｓｉ（１）、Ｓｉ（２）の間に、ニ酸化ケイ素層（ＳｉＯ２）があるＳＯＩ基板を使用し、Ｓｉ（１）にフォトレジストを塗布後、パターニングする（図４（ａ））。次にＳｉ−ディープＲＩＥにより、ＳＯＩ基板のシリコン層Ｓｉ（１）に荷電粒子ビームが通過するビーム用開口（２０２ａ）、シールドを通す為のシールド用開口（２０３）、光ファイバーチップを置いて電極間の位置決めをする為のファイバー用溝（２１３）を形成する（図４（ｂ））。同様に、Ｓｉ（２）表面にもフォトレジストを塗布後、パターニングし（図４（ｃ））、続いてＳｉ−ディープＲＩＥにより、電極裏面大開口（２１１）、シールド用開口（２０３）、ファイバー用溝（２１３）を形成する（図４（ｄ））。最後に、バッファードフッ酸により、ＳｉＯ２をエッチングした後、密着層としてＣｒを、続いて帯電防止の為のＡｕをスパッター成膜する（図４（ｆ））。
【００４７】
次に、以上の様にして作成した電極を３枚使ったマルチ荷電ビームレンズの組立について、図５を参照して説明する。
【００４８】
まず、図４に従って作成された下電極２０１ｃ上のファイバー溝２１２の上に、ファイバー２１２を置く（図５（ａ））。次に、その上に中電極２０１ｂの裏面のファイバー用溝２１３に、ファイバー２０１が入る様に中電極２０１ｂを置く（図５（ｂ））。同様にして、中電極２０１ｂ上のファイバー用溝２１３にファイバー２１２をおき、上電極２０１ａを組上げる（図５（ｃ））。導電性シールド２０４を上、中、下電極のシールド用開口２０３を通して配置する（図５（ｄ））。ここで、導電性シールド２４は、金属板でもよいし、絶縁体表面に金属を成膜したものでもよい。ただし、導電性シールド２０４は電極２０１ａ〜２０１ｃのいずれとも接触しない。最後に、シールド２０４をねじ（不図示）にてクランプ２０５に取り付けると共に、クランプ２０５によってで上、中、下電極（２０１ａ〜ｃ）を挟み込んでクランプすることにより、荷電ビームレンズの組立が完了する（図５（ｅ））。
【００４９】
以上の様にして作成されたマルチ荷電ビームレンズＭＬは、各電極が半導体プロセスで作成されるので、高精度化、小型化が可能となる。又、絶縁体（ファイバー２１２）とビーム通過領域２０２（複数のビーム用開口２０２ａが設けられた部分）との間に、接地電位に保たれた導電性シールド２０４が存在するため、絶縁体（ファイバー２１２）へのチャージアップを低減できる。また、仮に絶縁体のチャージアップが生じても、導電性シールド２０４により、絶縁体表面の電荷に起因する電界が、ビームに影響を及ぼすことを防止する効果がある。又、機械的クランプにより、接着剤等の有機物を使用しない為、真空度の低下を押さえ、放電を防止する効果もある。
【００５０】
なお、本実施形態では、絶縁体として光ファイバー（ＳｉＯ２）を用い、電極同士のアライメントにはフォトリソ工程によるファイバー溝２１３を使用したが、絶縁体としては光ファイバーでなくとも、他の材料（例えば、アルミナセラミックス）でもよい。また、アライメントもここで記述したファイバーとファイバー溝とによるアライメントだけで無く、アライメント装置で電極相互のアライメントを確認しつつ組立を実行することも可能である。この場合、電極間のファイバーに替わる絶縁体の形状を、直方体等の板状にすることも可能である。又、本実施形態では３枚の電極で静電レンズを構成したが、一般にｎ枚（ｎ≧３）の電極を使ってレンズを構成することが可能である。また、図１に示すように導電性シールド２０４は荷電粒子ビームの光軸に対して略軸対称に存在させたがこれに限られるものではない。例えば、導電性シールドを荷電粒子ビームの光軸の周囲全方向に存在させてもよい（例えば、導電性シールドを環状に形成する）。
【００５１】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について、図６を参照しながら説明する。上記第１実施形態では、シールド用開口２０３を貫通する導電性シールド２０４を設けたが、第２実施形態では、各電極に導電性シールドとして機能する凸部を設けたマルチ荷電ビームレンズの構成を説明する。なお、第２実施形態のマルチ荷電ビームレンズが適用可能な電子ビーム露光装置は第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００５２】
図６は第２実施形態によるマルチ荷電ビームレンズの断面図である。第２実施形態のマルチ荷電ビームレンズでは、６枚の電極（上電極３０１ａ、第１〜第４の中電極３０１ｂ〜３０１ｅ、下電極３０１ｆ）が使用されている。同図において、上電極３０１ａには中電極３０１ｂに設けられた凸部（シールド）のための開口３０３ａが開いている。この開口３０３ａには中電極３０１ｂの凸部であるシールド３０４ｂが入りこんでいる。同様に中電極３０１ｂには、シールド３０４ｂが設けられていると共に中電極３０１ｃのシールドのための開口３０３ｂが設けられている。中電極３０１ｃのシールド３０４ｃはこの開口３０３ｂに入り込んでいる。
【００５３】
以下、同様に、中電極３０１ｃには、シールドが設けられていると共に中電極３０１ｄに設けられたシールドのための開口が空いており、中電極３０１ｄのシールドはこの開口に入り込んでいる。中電極３０１ｄにはシールドが設けられていると共に、中電極３０１ｅに設けられたシールドのための開口が空いており、中電極３０１ｅのシールドはこの開口に入り込んでいる。更に、中電極３０１ｅには、シールドが設けられていると共に、下電極３０１ｆに設けられたシールド３０４ｆのための開口が空いており、下電極３０１ｆのシールド３０４ｆはこの開口に入り込んでいる。下電極３０１ｆにはシールド３０４ｆが設けられている。これらシールドにより、荷電ビーム通過領域から、各電極間に配された直方体形状の絶縁体を臨むことが出来ない為、すなわち、荷電ビーム通過領域と絶縁体とを結ぶ全ての直線経路が遮断されるため、チャージアップが防止或いは低減される。
【００５４】
次に第２実施形態による電極のうちの中電極（３０１ｂ）の作成方法を、図７を参照して説明する。
【００５５】
２枚のシリコン層Ｓｉ（１）、Ｓｉ（２）の間にニ酸化ケイ素層（ＳｉＯ２）があるＳＯＩ基板を使用し、シリコン半導体プロセスを用いて製造する。ＳＯＩ基板のシリコン層Ｓｉ（１）に荷電粒子ビームが通過するビーム用開口３０２ａ、ならびにシールド用開口３０３ｂをそれぞれドライエッチングすることにより形成する（図７（ａ））。同様のプロセスを用いて、ＳＯＩ基板のシリコン層Ｓｉ（２）にドライエッチングを用いてシールド３０４ｂを形成する（図７（ｂ））。続いて、二酸化ケイ素層をウエットエッチングで除去する（図７（Ｃ））。最後に、導電性を持たせるために表面全体に金属膜をスパッタする（図７（ｄ））。他の形状の電極も上で説明した中電極と同様の方法で作製できる。
【００５６】
［第３実施形態］
図８は、第３実施形態によるマルチ荷電ビームレンズの構成を示す断面図である。同図において、上電極４０１ａと下電極４０１ｃのシールド４０４ａ、４０４ｃは、それぞれの電極に凸部として設けられたものである。シールド４０４ａ、４０４ｂは絶縁体４１２が荷電ビーム通過領域から見えないように絶縁体４１２をビームから遮蔽するとともに、中電極４０１ｂのシールド用開口部４０３ｂ内で突き合わされ、接している。この構造によれば、マルチ荷電ビームレンズの絶縁体におけるチャージアップを防止できることに加え、マルチ荷電ビームレンズをより強固とし、かつ組立精度を高める効果がある。
【００５７】
［第４実施形態］
図９は第４実施形態によるマルチ荷電ビームレンズの断面図である。上電極５０１ａにはシールド用開口５０３ａがあり、ここへは、中電極５０１ｂのシールド５０４ｂが入り込んでいる。中電極５０１ｂにはシールド５０４ｂが設けられるとともに、下電極５０１ｃのシールド５０４ｃと接触しないように、シールド用開口（凹部）５０３ｂが設けられている。本実施形態によれば、上述の各実施形態と同様に、絶縁体５１２のチャージアップ防止或いは低減が可能となる。
【００５８】
［他の実施形態］
次に上記説明した電子ビーム露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【００５９】
図１８は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意した露光制御データが入力された上記説明した荷電粒子線露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００６０】
図１９は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した荷電粒子線露光装置によって回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００６１】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチ荷電ビームレンズにおける絶縁体のチャージアップによる電子ビームへの影響が解消される。このため、小型化、高精度化といった各種条件を高いレベルで実現したマルチ荷電ビームレンズを提供することが出来る。そして、これを用いた高精度な露光装置、生産性に優れたデバイス製造方法、半導体デバイス生産工場などを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態によるマルチ荷電ビームレンズの平面図である。
【図２】（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は荷電ビーム通過領域の詳細を示す斜視図である。
【図３】図２（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】第１実施形態による電極作成プロセスを説明する図である。
【図５】第１実施形態によるマルチ荷電ビームレンズの組立を説明する図である。
【図６】第２実施形態によるマルチ荷電ビームレンズの断面図である。
【図７】第２実施形態による電極の作成プロセスを説明する図である。
【図８】第３実施形態によるマルチ荷電ビームレンズの断面図である。
【図９】第４実施形態によるマルチ荷電ビームレンズの断面図である。
【図１０】マルチ荷電ビーム露光装置の全体構成を説明する図である。
【図１１】補正電子光学系の詳細を説明する図である。
【図１２】図１１に示したブランカーアレイのＢＡの詳細を説明する図である。
【図１３】図１１に示した第１電子光学系アレイ（ＬＡ１）の詳細を説明する図である。
【図１４】図１１に示した第２電子光学系アレイ（ＬＡ２）の詳細を説明する図である。
【図１５】電子ビームが補正電子光学系３によって受ける作用を説明する図である。
【図１６】実施形態による電子ビーム露光装置のシステム構成を説明する図である。
【図１７】実施形態による電子ビーム露光装置の露光方式を説明する図である。
【図１８】微小デバイスの製造フローを説明する図である。
【図１９】図１８のウエハスプロセスの詳細を説明する図である。

Claims

複数の荷電ビーム用開口が設けられた荷電ビーム通過領域を有する複数枚の電極を、絶縁体を介して荷電ビームの光軸方向に積層することによって構成されたマルチ荷電ビームレンズであって、
前記絶縁体を挟む各電極の対において、
少なくとも一方の電極の他方の電極と対向する面において、前記荷電ビーム通過領域と前記絶縁体との間に設けられた開口と、
前記開口内に侵入し、少なくとも当該開口を有する電極とは接触せず、前記荷電ビーム通過領域と前記絶縁体との間に設けられた導電性シールドと
を備えることを特徴とするマルチ荷電ビームレンズ。
前記複数の電極の全てが前記開口としての貫通口を有し、前記導電性シールドは前記全ての電極の貫通口を通過して設けられることを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電ビームレンズ。
前記複数の電極と、各電極間に設けられた前記絶縁体とがクランプで一体化されていることを特徴とする請求項２に記載のマルチ荷電ビームレンズ。
前記クランプが前記複数の電極を挟み込む位置は、前記絶縁体が積層方向に並ぶ位置を含むことを特徴とする請求項３に記載のマルチ荷電ビームレンズ。
前記導電性シールドが前記クランプに固定されることを特徴とする請求項３又は４に記載のマルチ荷電ビームレンズ。
前記導電性シールドは金属であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のマルチ荷電ビームレンズ。
前記複数の電極のうちの少なくとも一つの電極の対において、前記導電性シールドが一方の電極上に凸部として形成され、該導電性シールドが他方の電極の前記開口内に侵入していることを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電ビームレンズ。
前記複数の電極が前記開口部として貫通口を有する第１電極と、該第１電極を挟み前記導電性シールドとしての凸部を有する２つの第２電極とを含み、
前記第２電極の凸部が、前記第１電極の貫通口を介して突き合わされて接触していることを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電ビームレンズ。
前記電極の対において、少なくとも一方の電極が前記導電性シールドとしての凸部を有し、他方の電極が該凸部との最近接部分を含む領域に前記開口としての凹部を有することを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電ビームレンズ。
前記シールドが荷電粒子ビームの光軸の周囲全方向に存在することを特徴とする請求項９に記載のマルチ荷電ビームレンズ。
前記シールドが荷電粒子ビームの光軸に対して軸対称に存在することを特徴とする請求項９に記載のマルチ荷電ビームレンズ。
前記複数枚の電極の少なくとも一枚が、前記凸部と前記開口の両方を有することを特徴とする請求項９に記載のマルチ荷電ビームレンズ。
荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、
請求項１乃至１２のいずれかに記載のマルチ荷電ビームレンズを含み、前記荷電粒子源の中間像を複数形成する補正電子光学系と、
前記複数の中間像をウエハに縮小投影する投影電子光学系と、
前記ウエハに投影される前記複数の中間像がウエハ上で移動するように偏向する偏向器と
を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
請求項１３に記載の荷電粒子線露光装置を含む各種プロセス用の製造装置群を半導体製造工場に設置する工程と、該製造装置群を用いて複数のプロセスによって半導体デバイスを製造する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。