JP2004055613A

JP2004055613A - マルチビーム発生装置及び電子ビーム描画装置

Info

Publication number: JP2004055613A
Application number: JP2002207291A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Okunuki; 奥貫　昌彦; Hiroya Ota; 太田　洋也; Akiyoshi Tanimoto; 谷本　明佳; Norio Saito; 斉藤　徳郎; Maki Takakuwa; 高桑　真樹; Takeshi Haraguchi; 原口　岳士
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: US20040056578A1; US6870310B2; JP4180854B2

Abstract

【課題】特性が揃った複数の電子ビームを発生するマルチ電子銃を提供する。
【解決手段】マルチ電子銃２は、複数の電子銃２ａ〜２ｃで構成される。電子銃２ａは、電子源２１ａと、ウエネルト電極２２ａと、アノード電極２３とを備える他、ウエネルト電極２２ａとアノード電極２３との間にシールド電極２４を備える。シールド電極は、電子銃間の電界干渉を低減する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチビーム発生装置及び電子ビーム描画装置に関し、例えば、半導体デバイス等のデバイスの製造分野に適している。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩのパターンの微細化が進み、例えばＤＲＡＭの世界では、６４Ｍの開発以降も２５６Ｍ、１Ｇ、４Ｇとデバイスの集積化計画が進められている。このような状況において、露光技術は、微細加工技術の中でも極めて重要な技術とされており、特に電子ビーム描画技術は、０．１μｍ以下の微細加工が可能であることから、将来の有望な露光手段の１つとして期待されている。
【０００３】
従来から用いられてきた電子ビーム描画装置は、ガウシアンビーム方式と可変成形ビーム方式と言った単一ビームによる描画方式であり、生産性が低いことから、マスク描画、超ＬＳＩの研究開発、及び、少量生産のＡＳＩＣデバイスへの応用分野に用いられてきた。
【０００４】
最近、電子ビーム技術の研究開発が進み、生産性の観点において、ＤＲＡＭ等のメモリデバイスの生産への応用が可能な方式として、複数の電子ビームを用いて描画速度を向上させた新しいマルチビーム描画方式が提案され、更に研究が進められている。このマルチビーム描画方式において、半導体デバイスの生産に要求される２０枚／時以上のスループットを得るためには、数１００本以上のビームが必要となる。そこで、単一の電子ビームカラムを用いて、１つの電子銃から発生する１本の電子ビームを複数のビームに分割してマルチビームを形成する方法、マルチカラムにより複数のビームを形成する方法、更には、マルチカラムのそれぞれのビームをマルチビームにする方法が提案されている。
【０００５】
図４は、従来から用いられてきた代表的なガシアンビーム方式の電子ビーム描画装置の構成例を示している。図４の電子ビーム描画装置１は、３極構造の熱カソードを用いた電子銃２、アライメント電極３、レンズ４及び５、偏向器６、検出器７、ウエハ８を搭載するステージ９で構成されている。
【０００６】
図５は、それぞれが電子銃とレンズ系で構成されるカラムを複数配列したマルチカラム構成の電子ビーム描画装置を示す図である。このように複数の電子銃を備えたマルチカラム方式の電子ビーム描画装置によれば、高いスループット性能を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すような３極構造の電子銃をマルチ配列したマルチ電子銃２では、電子銃の特性、例えば、輝度、ビーム電流、クロスオーバ径、角度電流分布を複数の電子銃２（２ａ、２ｂ、２ｃ）の間で一様（同一）にするためには、カソード２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）の温度、及び、ウエネルト電極２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）のバイアス電圧をそれぞれの電子銃について個別に調整する必要がある。
【０００８】
図４に示す従来の単一カラム方式では、１つの電子銃２の電子源とウエネルト電極の特性のみを考慮して上記のようなの温度やバイアスの調整を行うことができる。これに対して、図５に示すマルチ電子銃２では、それぞれの電子銃２（２ａ、２ｂ、２ｃ）の電子源とウエネルト電極の特性を考慮して、それらの調整を個別に行う必要がある。特に、電子源の形状及び表面状態、並びに、ウエネルト電極の形状の僅かな違いのために、それぞれの電子銃の特性を一様に設定することが難しく、それぞれの電子銃の温度条件とウエネルト電極のバイアス条件を異なった値に設置する必要があった。また、長時間にわたって電子銃を使用した場合には、カソードの消耗や変形に伴って電子ビーム放射特性が変動するため、カソード温度とウエネルト電極の電圧調整を常時行う必要がある。
【０００９】
この様に、３極構造の電子銃を複数配列したマルチ電子銃は、ウエネルト電極に印加する電圧を全ての電子銃において常に同一値に設定して使うことはできない。そのため、隣接する電子銃のカラム間（１つのカラムのウエネルト電極とアノード電極との間とその隣のカラムのウエネルト電極とアノード電極との間）に電界干渉が生じて、全ての電子銃における特性の一様性を維持することができなくなる。更に、描画中にバイアス電圧が変動した場合に、それに伴って、電子ビームのビーム電流及び放射分布特性、並びに、クロスオーバ像の形状及び位置（軌道）が隣接するビームに影響されて変動するため、安定で一様性の優れたマルチ電子銃を得ることが困難であった。したがって、複数のビーム間で特性が揃った電子ビーム露光装置を得ることも困難であった。
【００１０】
本発明は、上記の課題の認識を契機としてなされたものであり、例えば、特性の揃ったマルチビームを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面は、複数の電子ビームを発生するマルチビーム発生装置に係り、複数の電子発生部と、前記複数の電子発生部から放出される電子を加速するための加速電界を形成する加速電極と、少なくともその一部分が前記複数の電子発生部と前記加速電極との間に配置されたシールド電極とを備えることを特徴とする。このようなシールド電極を配置することにより、複数の電子ビームの特性を容易に揃えることができる。
【００１２】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記シールド電極の少なくとも一部分は、前記の各電子発生部から放出される電子の軌道とその周囲の電子発生部との間に配置されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記の各電子発生部は、例えば、電子を放出するカソード電極と、ウエネルト電極とを含む。
【００１４】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記シールド電極は、例えば、電子を通過させる開口を有する板状電極を含む。ここで、前記板状電極の厚さは、例えば、前記ウエネルト電極と前記加速電極との間隔の１／１０以下であることが好ましい。また、前記ウエネルト電極と前記板状電極との間隔は、例えば、前記板状電極と前記加速電極との間隔よりも小さいことが好ましい。また、前記ウエネルト電極と前記板状電極との間隔は、電子線の軌道に直交する方向における前記ウエネルト電極の幅の１／４以下であることが好ましい。また、前記板状電極には、前記ウエネルト電極の電位及び前記加速電極の電位によって定まる、前記板状電極の位置における電位が与えられることが好ましい。
【００１５】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記マルチビーム発生装置は、前記複数の電子発生部のウエネルト電極の配列において最も外側のウエネルトの外側に、該最も外側のウエネルト電極の特性を補正するための電極を備えることが好ましい。
【００１６】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記シールド電極は、前記複数の電子発生部の間にそれぞれ配置された壁部を有することが好ましい。
【００１７】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記シールド電極は、前記複数の電子発生部からそれぞれ放出される電子の軌道をそれぞれ取り囲む複数の円筒状内面を有することが好ましい。
【００１８】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記加速電極及び／又はシールド電極は、前記複数の電子発生部に対して共通に設けられていることが好ましい。
【００１９】
本発明の第２の側面は、電子ビーム描画装置に係り、上記のマルチビーム発生装置と、前記マルチビーム発生装置が発生した複数の電子ビームを基板に投射するレンズとを備えることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２１】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の好適な実施の形態の電子ビーム描画装置の概略構成を示す図である。電子ビーム描画装置１は、マルチ電子銃２、アライメント電極３、レンズ４及び５、偏向器６、検出器７、ステージ９を備えており、複数のカラム１ａ、１ｂ、１ｃで構成されている。
【００２２】
電子銃２は、共通の高圧絶縁部２０と、複数の電子銃２ａ、２ｂ、２ｃで構成されている。電子銃２ａ、２ｂ、２ｃは、各種の制御パラメータをカラム間で独立して調整可能なユニットとして、第１電極としての電子源（例えば、ＬａＢ６の様な熱カソード）２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、第２電極としてのウエネルト電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃとを備えている。電子源及びウエネルト電極の対は、電子発生部を構成する。マルチ電子銃２は、更に、好ましくはカラム間で共通のユニットとして、第３電極としてのアノード電極（加速電極）２３と、第４電極としてのシールド電極２４を備えている。
【００２３】
カラム１ａについて見ると、電子銃２ａの電子源２１ａの先端から放射される電子ビームＥＢａは、シールド電極２４とアノード電極２３とで形成される加速電界によって加速されるとともに集束され、クロスオーバ像ＣＯ１ａを形成する。このクロスオーバ像ＣＯ１ａは、下段のレンズ４、５が形成するレンズ場Ｌ１ａ、Ｌ２ａによってクロスオーバ像ＣＯ２ａ、ＣＯ３ａとして更に結像された後、ステージ９上に置かれたウエハ８上に投影されてクロスオーバ像ＣＯ３ａを形成する。カラム１ｂ、１ｃは、カラム１ａと同様の構成を有する。
【００２４】
マルチカラム構成の電子ビーム描画装置１において、ウエハ８上に塗布された感光性レジストに電子ビームを照射或いは投射してパターンを描画する場合は、偏向器６ａ、６ｂ、６ｃに対して不図示のコントローラが描画パターンに対応した信号を送ることで、それぞれのビームを予め定められた整定位置に整定させながら描画が行われる。実際の描画においては、それぞれのビームをオン・オフ制御（ウエハ上に照射するか否かを制御すること）するブランキング機能がそれぞれのカラムに必要である。この実施の形態では、アライメント電極３（３ａ、３ｂ、３ｃ）によりブランキング機能を実現している。
【００２５】
次に、この電子ビーム描画装置１の動作原理について説明する。マルチカラム構成の電子ビーム描画装置において電子ビーム露光を行う場合には、全てのカラム１ａ、１ｂ、１ｃにおいて、ビーム電流、並びに、クロスオーバ像の位置及びサイズが一様（同一）であることと、ぞれぞれのビーム位置（軌道）が安定であることが必要とされる。電子銃の２ａ、２ｂ、２ｃは、互いに独立した電子源２１ａ、２１ｂ、２１ｃとウエネルト電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃで構成されているため、それぞれのカラム１ａ、１ｂ、１ｃにおけるビーム電流並びにクロスオーバ像の位置及びサイズを揃えるためには、電子源である熱カソードの加熱電流とウエネルト電圧を調整して電子銃１ａ、１ｂ、１ｃの特性を揃えればよい。
【００２６】
ウエネルト電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃの電圧が互いに異なった値に設定されると、隣接するカラム間（例えば、１ａと１ｂ、１ｂと１ｃ）において、１つのカラム（電子銃）のウエネルト電極２２とアノード電極２３との間の電界がその隣のカラム（電子銃）のウエネルト電極２２から干渉を受ける。従って、シールド電極２４が無い場合、各電子銃の条件を調整する度に、例えば図５中の電子ビームＥＢａのように、クロスオーバ像の位置が変動するだけでなく、熱カソードから放射される電子ビームの角度分布に乱れが発生する。
【００２７】
そこで、この実施の形態では、シールド電極２４を配置することにより、隣接するカラム間における電界の干渉を防いでいる。したがって、この実施の形態によれば、特性が揃った複数の電子ビームを容易に得ることができる。また、この実施の形態によれば、ウエネルト電極２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）の電圧がそれぞれ変動しても、そのような変動は他（隣り或いは周囲）の電子銃２（２ａ、２ｂ、２ｃ）の特性に影響を与えないので、それぞれの電子銃を任意に調整することができる。これは、特性が揃った複数の電子ビームを安定的に得ることに寄与する。
【００２８】
シールド電極２４は、例えば、電子ビームを通すための開口を有する板状電極とすることができる。
【００２９】
電子銃の特性である輝度、クロスオーバ像の位置及びサイズ、並びに、クロスオーバ像の径と有効電子放射角の積で決まるエミッタンス等の種々の特性が、隣接する電子銃の条件設定による影響を受けない様にするためには、シールド電極２４とウエネルト電極２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）との間隔が、シールド電極２４とアノード電極２３との間隔よりも小さく設定されることが好ましい。
【００３０】
また、シールド電極２４とウエネルト電極２２との間隔は、隣接する電子銃のウエネルト電極２２の側面からの干渉を押さえるために、ウエネルト電極２（例えば、２２ａ）の幅（横方向の寸法）の１／４以下にすることが好ましい。
【００３１】
また、シールド電極２４の厚さは、ウエネルト電極２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）とアノード電極２３とで形成される加速電界の乱れを最小にして３極電子銃の基本特性を維持するためには、ウエネルト電極２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）とアノード電極２３の間隔の１／１０以下にすることが好ましい。例えば、加速電圧を５０ｋＶとした場合、ウエネルト電極２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）とアノード電極２３の間隔は典型的には約１０ｍｍである。この場合、シールド電極２４の厚さは、その１／１０の１ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００３２】
シールド電極２４に与える電位は、シールド電極２４の設置位置における、ウエネルト電極２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）の電位とアノード電極２３の電位とによって定まる電位とすることで、３電極構成の電子銃の特性を維持することができる。
【００３３】
複数のウエネルト電極２２のうち最外周の電極（ここでは、２２ａ、２２ｃ）では、端部効果による電界の乱れが生ずる場合があるが、例えば、電子源の無いダミーのウエネルト電極を該最外周の電極の外側に設けること、又は、複数のウエネルト電極２２の全体を取り囲む電極を設けることにより、容易に端部効果を低減することができる。
【００３４】
［第２の実施の形態］
この実施の形態は、マルチ電子銃におけるカラム間の電界干渉を更に低減する技術を提供する。図２は、この実施の形態のマルチ電子銃２の構造を示す図である。この実施の形態では、シールド電極３４は、板状電極部材３４ｐ上にウエネルト電極側に向かって突出した壁部３４ｗを有する。壁部３４ｗは、マルチ電子銃２を構成する各電子銃２ａ、２ｂ、２ｃのウエネルト電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃの下端及び電子ビームの軌道を取り囲むように構成されている。壁部３４ｗは、例えば円筒形状とすることができる。壁部３４ｗは、隣接したウエネルト電極間の電界干渉を有効に低減する機能を有するだけでなく、シールド電極３４の機械的強度を高める機能をも有する。シールド電極３４の機械的強度の向上は、例えば、シールド電極３４の平面性の向上、温度変化に対する安定性の向上に寄与する。
【００３５】
［第３の実施の形態］
この実施の形態は、シールド電極の更に他の構成例を提供する。図３Ａは、この実施の形態のマルチ電子銃２の構造を示す断面図であり、図３Ｂは、図３Ａのシールド電極４４を上方から見た図である。この実施の形態では、シールド電極４４は、ウエネルト電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃの下端及び電子ビームの軌道を取り囲む壁部４４Ｗの集合体で構成されている。壁部４４Ｗは、複数の円筒状内面を構成する。このような構造によれば、隣接する電子銃のウエネルト電極間の電界の干渉をより効果的に防止することができる。また、このような構造によれば、シールド電極４４に与える電位を、シールド電極４４の位置とウエネルト電極２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）の電位及びアノード電極２３の電位とで定まる電位とするのではなく、電子源２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）、ウエネルト電極２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）、アノード２３、シールド電極４４で形成される電界分布を加速レンズとして利用することができる。すなわち、このような構造のシールド電極４４によれば、凸レンズ作用と電界干渉のシールド効果とを得ることができる。
【００３６】
以上述べてきたように、マルチ電子銃２を構成する複数の電子銃の相互の電界干渉を低減する構造を採用することで、電子銃の特性（例えば、輝度、電流、エミッタンス）が複数の電子銃間で一様なマルチ電子銃を得ることができる。また、電界干渉の低減により、それぞれの電子銃を最大輝度が得られる条件に調整することができることから、ビーム電流密度が高く生産性の優れたマルチビーム型の電子ビーム描画装置を実現することができる。
【００３７】
また、上記のマルチ電子銃を組み込んだ電子ビーム描画装置は、例えば、一様な特性を有する複数の電子ビームによる０．１μｍ以下の微細加工を可能にするとともに高い生産性を提供する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、特性の揃ったマルチビームを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態のマルチ電子銃を備えた電子ビーム描画装置の概略構成を示す図である。
【図２】電界干渉の対策を強化したマルチ電子銃の構成例を示す図である。
【図３Ａ】、
【図３Ｂ】電界干渉の低減効果と加速レンズ効果を有するマルチ電子銃の構成例を示す図である。
【図４】従来の単一カラムの電子ビーム描画装置の構成を示す図である。
【図５】従来のマルチカラムの電子ビーム描画装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　電子ビーム描画装置
１ａ、１ｂ、１ｃ　カラム
２　マルチ電子銃
２ａ、２ｂ、２ｃ　電子銃
３　アライメント電極
４、５　レンズ
６　偏向器
７　検出器
８　ウエハ
９　ステージ
２０　高圧絶縁部
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ　カソード電極
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ　ウエネルト電極
２４、３４、４４　シールド電極
３４ｗ、４４ｗ　壁部
３１ｐ　板状電極部材
ＥＢａ、ＥＢｂ、ＥＢｃ　電子ビーム
ＣＯ１ａ、ＣＯ１ｂ、ＣＯ１ｃ　クロスオーバ像
Ｌ１ａ、Ｌ２ａ　レンズ場

Claims

複数の電子ビームを発生するマルチビーム発生装置であって、
複数の電子発生部と、
前記複数の電子発生部から放出される電子を加速するための加速電界を形成する加速電極と、
少なくともその一部分が前記複数の電子発生部と前記加速電極との間に配置されたシールド電極と、
を備えることを特徴とするマルチビーム発生装置。
前記シールド電極の少なくとも一部分は、前記の各電子発生部から放出される電子の軌道とその周囲の電子発生部との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム発生装置。
前記の各電子発生部は、
電子を放出するカソード電極と、
ウエネルト電極と、
を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマルチビーム発生装置。
前記シールド電極は、電子を通過させる開口を有する板状電極を含むことを特徴とする請求項３に記載のマルチビーム発生装置。
前記板状電極の厚さは、前記ウエネルト電極と前記加速電極との間隔の１／１０以下であることを特徴とする請求項４に記載のマルチビーム発生装置。
前記ウエネルト電極と前記板状電極との間隔は、前記板状電極と前記加速電極との間隔よりも小さいことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のマルチビーム発生装置。
前記ウエネルト電極と前記板状電極との間隔は、電子線の軌道に直交する方向における前記ウエネルト電極の幅の１／４以下であることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載のマルチビーム発生装置。
前記板状電極には、前記ウエネルト電極の電位及び前記加速電極の電位によって定まる、前記板状電極の位置における電位が与えられることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載のマルチビーム発生装置。
前記複数の電子発生部のウエネルト電極の配列において最も外側のウエネルト電極の外側に、該最も外側のウエネルト電極の特性を補正するための電極を備えることを特徴とする請求項３乃至請求項８のいずれか１項に記載のマルチビーム発生装置。
前記シールド電極は、前記複数の電子発生部の間にそれぞれ配置された壁部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のマルチビーム発生装置。
前記シールド電極は、前記複数の電子発生部からそれぞれ放出される電子の軌道をそれぞれ取り囲む複数の円筒状内面を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のマルチビーム発生装置。
前記加速電極は、前記複数の電子発生部に対して共通に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のマルチビーム発生装置。
前記シールド電極は、前記複数の電子発生部に対して共通に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のマルチビーム発生装置。
前記加速電極及び前記シールド電極は、前記複数の電子発生部に対して共通に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のマルチビーム発生装置。
電子ビーム描画装置であって、
請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載のマルチビーム発生装置と、
前記マルチビーム発生装置が発生した複数の電子ビームを基板に投射するレンズと、
を備えることを特徴とする電子ビーム描画装置。