JP2010073878A - 荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【目的】カソード交換があってもマルチカラム方式の装置での停止時間を短縮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。
【構成】本発明の一態様の描画装置１００は、試料を配置するＸＹステージ１０５と、１列に並べられ、ＸＹステージ１０５と相対移動しながら、電子ビームを用いて試料にパターンを描画する３つ以上の複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４と、カラム毎に配置された複数のカソード２２と、を備えたことを特徴する。本発明の一態様によれば、カソード交換があってもマルチカラム方式の装置の稼働率を向上し、スループットを向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置に関する。例えば、マルチカラムを搭載した電子ビーム描画装置に関する。

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１６は、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。まず、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、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、開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向される。そして、可変成形開口４２１の一部を通過して、ステージ上に搭載された試料に照射される。ステージは、描画中、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動している。このように、開口４１１と可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、試料３４０の描画領域に描画される。開口４１１と可変成形開口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。

従来、１つの電子鏡筒に１つの光学系カラムを積み込んだシングルカラムから１つのビーム（シングルビーム）を照射する電子ビーム描画装置が採用されていた。このシングルビームを利用した電子ビーム描画装置では、ＬＳＩパターンをストライプ、フレーム、或いはフィールドと呼ばれる領域に仮想分割し、それを順に描画することでＬＳＩパターン全体を描画していた。マスクを載せたステージを連続移動する方式ではその領域をストライプ、或いはフレームと呼ばれる。また、ステップアンドリピートで描画する方式ではフィールドと呼ばれる。これらの領域は、対応する偏向器の最大偏向領域を基に領域サイズが決められ、そのサイズに従って領域が分割されていた。

また、上述したシングルカラム方式の描画装置に対し、１つの電子鏡筒に２つ以上の光学系カラムを積み込んだマルチカラムセル（ＭＣＣ）方式の描画装置が開発されている。そして、各カラムは同じ描画条件に構成され、各カラムでそれぞれ可変成形描画を行なっている（例えば、非特許文献１参照）。ＬＳＩの集積化が進むにつれ、シングルカラムで描画する場合の描画時間が長くなってきている。これに対し、マルチカラムを用いて同時に描画を行なうことで、シングルカラムで描画する場合より描画時間を短縮することができる。スループットの観点から次世代のＬＳＩを製造するためのマスクを描画するためには、２０本（機）以上のカラムが必要との試算もある。

ここで、各カラムの電子銃にはカソードが搭載される。そして、かかるカソードは寿命等により交換が必要となる。交換するには、描画装置を停止させ、カラム内を大気圧に戻す必要がある。そのため、カソードの交換後に描画を開始するには再度真空引きが必要となり、カラム内の環境が安定するまで相当の時間を要することになる。スループットを向上させるためにせっかく多数のカラムを搭載しても、上述したカソード交換に伴う作業をすべてのカラムで行うとなると、装置の稼動率が大きく低下してしまう。

図１７は、カラムセル数と装置稼働率との関係を試算した結果を示すグラフである。縦軸は、描画装置が停止している１年あたりの時間であり、横軸は、カラムセル数である。ここでの停止時間はあくまでカソード交換に伴う停止時間を示している。図１８に示すように、例えば、カラム数が４０本の場合、装置稼働率は５０％程度となってしまい、実用上使用に耐えるものでは無くなってしまう。このように、スループットを向上させるためにせっかく多数のカラムを搭載しても、上述したカソード交換によって、実質的にスループットを向上させることが困難となる。
安田洋、原口岳士 他，"マルチコラムセルＭＣＣ−ＰｏＣ（ｐｒｏｏｆ ｏｆ ｃｏｎｃｅｐｔ）ｓｙｓｔｅｍ評価"，第３回荷電粒子光学シンポジウム，ｐｐ１２５−１２８，平成１５年９月１８−１９日

上述したように、スループットを向上させるためにせっかく多数のカラムを搭載しても、上述したカソード交換によって、実質的にスループットを向上させることが困難となる。

そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、カソード交換があってもマルチカラム方式の装置での停止時間を短縮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。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
試料を配置するステージと、
１列に並べられ、ステージと相対移動しながら、荷電粒子ビームを用いて試料にパターンを描画する３つ以上の複数のカラムと、
カラム毎に配置された複数のカソードと、
を備えたことを特徴する。

複数のカラムを１列に並べ、カラム毎に複数のカソードを配置することで、カソード交換を容易にすることができる。

複数のカソードは、複数のカラムが並べられた方向と直交する方向に一列に配置され、
荷電粒子ビーム描画装置は、さらに、カラム毎に、複数のカソードが並べられた方向に複数のカソードを移動させる移動機構を備えると好適である。

また、カラム毎に、複数のカラムが並べられた方向と直交する方向に延びる軸と、
カラム毎に、軸を回転軸として回転する円筒状の回転部材と、
をさらに備え、
複数のカソードは、回転部材の外周面に沿って配置されると好適である。

また、１列目の複数のカラムと平行して２列目として配置され、ステージと相対移動しながら、荷電粒子ビームを用いて試料にパターンを描画する３つ以上の複数のカラムをさらに備えると好適である。

そして、１列目の複数のカラムと２列目の複数のカラムは、互いに位置をずらして配置されるとより好適である。

本発明の一態様によれば、カソード交換があってもマルチカラム方式の装置での停止時間を短縮することができる。よって、装置の稼働率を向上し、スループットを向上させることができる。

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、イオンビーム等の他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正面概念図である。
図２は、図１の描画装置内部の側面概念図である。
図１，２において、描画装置１００は、荷電粒子ビーム描画装置の一例である。描画装置１００は、真空室１０２内に、複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４と、各カラム用の電子銃２０１，３０１，４０１，５０１と、複数のアノード３０と、ＸＹステージ１０５を備えている。ここでは、一例として、４つのカラムが配置されているが、これに限るものではない。３つ以上、或いは、４つ以上が１列に配置されていればよい。例えば、４０機或いは６０機のカラムが配置されていてもよい。

複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４は、例えば、ｘ方向に１列に並べられて配置される。電子銃２０１は、カラム２１４上に配置され、電子銃３０１は、カラム３１４上に配置され、電子銃４０１は、カラム４１４上に配置され、電子銃５０１は、カラム５１４上に配置される。アノード３０は、各カラム２１４，３１４，４１４，５１４と、該当する電子銃２０１，３０１，４０１，５０１との間に１つずつ配置される。各電子銃２０１，３０１，４０１，５０１は、高圧導入端子２５と、ホルダ２４と、複数のカソード２２と、直線導入機１０とを備えている。複数のカソード２２は、複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４が並ぶ方向と直交する方向（ここではｙ方向）に１列に配置され、ホルダ２４に保持されている。そして、ホルダ２４に接続された直線導入機１０（移動機構）によって複数のカソード２２をｙ方向に移動させることが可能となっている。直線導入機１０は、例えば、２つの回転ロール１２と導入軸１４を有している。かかる場合に、２つの回転ロール１２は、真空室１０２の外部に配置され、真空室１０２の外部から真空室１０２内に延びる導入軸１４を挟んだ状態で回転することで導入軸１４をｙ方向に移動させる。直線導入機１０は、実質的に真空室１０２内の真空を破らずに導入軸１４をｙ方向に移動させることができる。このように、ｙ方向に移動させることで複数のカソード２２ａ〜ｅの位置を変更することができる。そのため、複数のカソード２２ａ〜ｅのいずれかについて交換が必要となった際には、対象となったカソードをその他のカソード２２ａ〜ｅに交換することができる。ここでは、一例として、５つのカソード２２ａ〜ｅを示したが、これに限るものではない。少なくとも２つ以上あればよい。

複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４を１列に並べることで、他のカラム等の内部構成と干渉することなく、直線導入機１０を各電子銃に配置することができる。さらに、複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４を１列に並べることで、真空室１０２の真空を大気に開放しなくても真空室１０２の外部から、そして、一つの外周面側から複数のカソード２２ａ〜ｅを移動させる操作を行なうことができる。そして、複数のカソード２２ａ〜ｅが、複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４が並ぶｘ方向と直交するｙ方向に並ぶことで、他のカラム等の内部構成と干渉することなくカソードの位置を移動させることができる。よって、他のカラム等の内部構成と干渉することなくカソード交換を行うことができる。

図３は、実施の形態１における描画装置のカラム内の構成を示す概念図である。図３において、描画装置１００は、描画部１５０と制御回路１６０を備えている。そして、描画装置１００は、試料１０１に所望するパターンを描画する。描画部１５０は、真空室１０２および真空室１０２内の内部構成によって成り立つ。

第１のカラム２１４（＃１）内には、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が配置される。第２のカラム３１４（＃２）内には、照明レンズ３０２、第１のアパーチャ３０３、投影レンズ３０４、偏向器３０５、第２のアパーチャ３０６、対物レンズ３０７、及び偏向器３０８が配置される。図３では、説明を理解しやすくするため、２つのカラム２１４，３１４を示し、その他のカラム４１４，５１４の図示は省略している。その他のカラム４１４，５１４の内部も同様の構成を有している。ここでは、独立した電子ビームの光路を制御するサブシステムをカラムと呼ぶ。

また、真空室１０２内のＸＹステージ１０５は、移動可能に配置される。そして、ＸＹステージ１０５上には、描画対象となる試料１０１が配置されている。試料１０１として、例えば、半導体装置が形成されるウェハやウェハにパターンを転写する露光用のマスクが含まれる。また、このマスクは、例えば、まだ何もパターンが形成されていないマスクブランクスが含まれる。以上のような描画部１５０を制御回路１６０が制御する。ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成部分について記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わないことは言うまでもない。

図４は、実施の形態１における描画装置の動作を説明するための概念図である。
まず、第１のカラム２１４側での動作について説明する。照射部の一例となる電子銃２０１から放出された電子ビーム２００は、アノード３０ａによってカラム２１４側へと加速させられ、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の開口２１８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によって偏向制御され、成形開口２１６によってビーム形状と寸法を変化させることができる。その結果、電子ビーム２００は成形される。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により偏向される。その結果、連続移動するＸＹステージ１０５上の試料１０１の所望する位置に照射される。以上のようにして、第１のカラム２１４により電子ビーム２００を用いて試料１０１にパターンが描画される。

また、第２のカラム３１４側での動作もカラム２１４側での動作と同様、以下のように動作する。照射部の一例となる電子銃３０１から放出された電子ビーム３００は、アノード３０ｂによってカラム３１４側へと加速させられ、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の開口３１８を持つ第１のアパーチャ３０３全体を照明する。ここで、電子ビーム３００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３０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム３００は、投影レンズ３０４により第２のアパーチャ３０６上に投影される。かかる第２のアパーチャ３０６上での第１のアパーチャ像の位置は、偏向器３０５によって偏向制御され、成形開口３１６によってビーム形状と寸法を変化させることができる。その結果、電子ビーム３００は成形される。そして、第２のアパーチャ３０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム３００は、対物レンズ３０７により焦点を合わせ、偏向器３０８により偏向される。その結果、連続移動するＸＹステージ１０５上の試料１０１の所望する位置に照射される。以上のようにして、第２のカラム３１４により電子ビーム３００を用いて試料１０１にパターンが描画される。

また、図示していないが、第３のカラム４１４および第４のカラム５１４も、カラム２１４，３１４側と同様に動作する。かかる動作により、第３のカラム４１４により電子ビームを用いて試料１０１にパターンが描画される。同様に、第４のカラム５１４により電子ビームを用いて試料１０１にパターンが描画される。

以上のように、複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４は、１列に並べられ、ＸＹステージ１０５と相対移動しながら、各電子ビームを用いて試料１０１にパターンを同時期に描画する。同時期に複数のカラムで描画することにより、描画時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。

図５は、実施の形態１における電子銃の内部構成を示す正面断面図である。
図６は、図５の電子銃の内部構成を示す側面断面図である。
複数のカソード２２ａ〜ｅは、それぞれが、ウェネルト２６、エミッタ２７、フィラメント２８、及び碍子２９を有している。そして、高圧導入端子２５から延びる２つの電極３１，３２がフィラメント２８の両端に接続し、高圧導入端子２５から延びる電極３４がウェネルト２６に接続する。ここでは、一例として、熱放出型カソードを示している。

ここで、カソード２２ａに不具合が生じた場合、図２に示した直線導入機１０によって、ホルダ２４が移動され、それに伴い、カソード２２ａからカソード２２ｂへと交換が行われる。その際、２つの電極３１，３２と電極３４は、それぞれ、途中で折り目を付けたばね構造となっており、弾性力が発揮できるように形成されている。そのため、２つの電極３１，３２はフィラメント２８ａの両端を押圧することができる。同様に、電極３４がウェネルト２６ａを押圧することができる。このような状態から直線導入機１０によってカソード２２ａが移動すると電極３１，３２はフィラメント２８ａから離れることで弾性力により伸び、電極３４はウェネルト２６ａから離れることで弾性力により伸びる。そして、今度はカソード２２ｂが高圧導入端子２５の下に移動させられる。その際、２つの電極３１，３２はフィラメント２８ｂの両端を押圧することで、フィラメント２８ｂの両端に確実に接続することができる。同様に、電極３４はウェネルト２６ｂを押圧することで、ウェネルト２６ｂに確実に接続することができる。ここでは、一例として、カソード２２ａからカソード２２ｂへと交換される場合について説明したが、これに限るものではなく、複数のカソード２２ａ〜ｅのうちの１つから複数のカソード２２ａ〜ｅのうちのその他の１つに交換される場合であればよい。かかる場合にも、カソード２２ａからカソード２２ｂへと交換される場合と同様に交換される。よって、いずれの場合でも電極３１，３２はフィラメント２８の両端に確実に接続することができ、電極３４はウェネルト２６に確実に接続することができる。

図７は、実施の形態１におけるカラムセル数と装置稼働率との関係を試算した結果を示すグラフである。縦軸は、描画装置が停止している１年あたりの時間であり、横軸は、カラムセル数である。ここでの停止時間はあくまでカソード交換に伴う停止時間を示している。実施の形態１では複数のカソードを配置し、さらに、大気開放せずとも交換ができるので、装置のダウンタイム（停止時間）を短くすることができる。よって、図７に示すように、例えば、カラム数が４０本の場合、装置稼働率は９８％を超えることができる。また、カラム数が６０本の場合でも、装置稼働率は９７％を超えることができる。

以上のように、実施の形態１によれば、直線方向にカソード交換が可能なリニア形の電子銃を搭載したことで、カソード交換があってもマルチカラム方式の描画装置１００での停止時間を大幅に短縮することができる。例えば、１桁以上、短縮することができる。よって、描画装置１００の稼働率を実質的に使用可能な範囲（例えば、稼働率９５％以上）まで向上させることができる。その結果、スループットを向上させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、直線方向にカソードを移動させることでカソード交換を行っていたが、これに限るものではない。実施の形態２では、円の外周上に配置されたカソードを回転させることでカソード交換を行う構成について説明する。

図８は、実施の形態２における描画装置の構成を示す正面概念図である。
図９は、図８の描画装置内部の側面概念図である。
図８，９において、各カラム用の電子銃２０１，３０１，４０１，５０１の内部構成が異なる点以外は図１，２と同様である。図８では、一例として、４つのカラムが配置されているが、これに限るものではない。３つ以上、或いは、４つ以上が１列に配置されていればよい。例えば、４０機或いは６０機のカラムが配置されていてもよい。

複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４は、例えば、ｘ方向に１列に並べられて配置される。電子銃２０１は、カラム２１４上に配置され、電子銃３０１は、カラム３１４上に配置され、電子銃４０１は、カラム４１４上に配置され、電子銃５０１は、カラム５１４上に配置される。

各電子銃２０１，３０１，４０１，５０１は、高圧導入端子４６と、バレル４４（回転部材）と、複数のカソード４２，５２，６２，７２と、回転機構１８とを備えている。回転機構１８は、軸１７とつまみ部１６を有している。回転機構１８は、カラム毎に、すべての電子銃２０１，３０１，４０１，５０１に搭載されている。軸１７は、複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４が並べられた方向と直交する方向（ここではｙ方向）に延びる。軸１７は、つまみ部１６を回すことによって回転する。円筒状のバレル４４は、中心で軸１７に接続され、軸１７の回転に従って、周方向に回転する。複数のカソード４２，５２，６２，７２は、バレル４４の外周面（円周面）に沿って、例えば、等間隔（９０°ずつの間隔）で配置される。かかる場合に、つまみ部１６は、真空室１０２の外部に配置され、真空室１０２の外部から真空室１０２内に延びる軸１７に接続されている。回転機構１８は、実質的に真空室１０２内の真空を破らずに軸１７を回転移動させることができる。このように、カラム上でバレル４４を回転させることで複数のカソード４２，５２，６２，７２の位置を変更することができる。そのため、複数のカソード４２，５２，６２，７２のいずれかについて交換が必要となった際には、対象となったカソードをその他のカソード４２，５２，６２，７２に交換することができる。ここでは、一例として、４つのカソード４２，５２，６２，７２を示したが、これに限るものではない。少なくとも２つ以上あればよい。また、つまみ部１６については、ユーザが手動で回すものに限らず、軸１７に回転動作を伝達できる機構であればよい。例えば、図示しない他の構成によって回転が伝達される歯車等で代用されても構わない。

複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４を１列に並べることで、他のカラム等の内部構成と干渉することなく、回転機構１８を各電子銃に配置することができる。さらに、複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４を１列に並べることで、真空室１０２の真空を大気に開放しなくても真空室１０２の外部から、そして、一つの外周面側から複数のカソード４２，５２，６２，７２を移動させる操作を行なうことができる。そして、複数のカソード４２，５２，６２，７２が、複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４上で回転方向に並ぶことで、他のカラム等の内部構成と干渉することなくカソードの位置を移動させることができる。よって、他のカラム等の内部構成と干渉することなくカソード交換を行うことができる。

図１０は、実施の形態２における電子銃の内部構成を示す断面図である。
複数のカソード４２，５２，６２，７２は、それぞれが、ウェネルト２６、エミッタ２７、フィラメント２８、及び碍子２９を有している。そして、高圧導入端子４６から延びる２つの電極３１，３２がフィラメント２８の両端に接続し、高圧導入端子４６から延びる電極３４がウェネルト２６に接続する。ここでは、一例として、熱放出型カソードを示している。

ここで、例えば、カソード５２に不具合が生じた場合、図９に示した回転機構１８によって、バレル４４が回転させられ、それに伴い、カソード５２からカソード６２へと交換が行われる。その際、２つの電極３１，３２と電極３４は、図６で示したように、それぞれ、途中で折り目を付けたばね構造となっており、弾性力が発揮できるように形成されている。そのため、２つの電極３１，３２はフィラメント２８ｃの両端を押圧することができる。同様に、電極３４がウェネルト２６ｃを押圧することができる。回転機構１８によってカソード５２が移動すると電極３１，３２はフィラメント２８ｂから離れることで弾性力により伸び、電極３４はウェネルト２６ｂから離れることで弾性力により伸びる。そして、今度はカソード６２が電極３１，３２と電極３４の下に移動させられる。その際、２つの電極３１，３２はフィラメント２８ｃの両端を押圧することで、フィラメント２８ｃの両端に確実に接続することができる。同様に、電極３４はウェネルト２６ｃを押圧することで、ウェネルト２６ｃに確実に接続することができる。ここでは、一例として、カソード５２からカソード６２へと交換される場合について説明したが、これに限るものではなく、複数のカソード４２，５２，６２，７２のうちの１つから複数のカソード４２，５２，６２，７２のうちのその他の１つに交換される場合であればよい。かかる場合にも、カソード５２からカソード６２へと交換される場合と同様に交換される。よって、いずれの場合でも電極３１，３２はフィラメント２８の両端に確実に接続することができ、電極３４はウェネルト２６に確実に接続することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、回転方向にカソード交換が可能なタレット形の電子銃を搭載したことで、カソード交換があってもマルチカラム方式の描画装置１００での停止時間を短縮することができる。よって、実施の形態１と同様、図７に示したように、描画装置１００の稼働率を実質的に使用可能な範囲（例えば、稼働率９５％以上）まで向上させることができる。その結果、スループットを向上させることができる。

実施の形態３．
上述した実施の形態１，２では、複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４を１列で並べた構成について説明したが、これに限るものではない。実施の形態３では、さらに、もう１列（２列目）の複数のカラムを追加した構成について説明する。

図１１は、実施の形態３における描画装置の内部構成を示す上面概念図である。
図１１において、真空室１０２内に、１列目の複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４と平行して配置される２列目の複数のカラム６１４，７１４，８１４，９１４と、追加した各カラム用の電子銃６０１，７０１，８０１，９０１と、配置上、見えない位置にあるカラム６１４，７１４，８１４，９１４用の複数のアノード３０とを追加した点以外は、図１と同様である。配置上、見えないが、カラム２１４，３１４，４１４，５１４と同様、カラム６１４，７１４，８１４，９１４用の複数のアノード３０が各カラム上に配置されている。また、これらの追加構成を配置する分、真空室１０２のサイズが大きくなっても構わない。２列目の複数のカラム６１４，７１４，８１４，９１４の内部構成および動作内容は、１列目の複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４と同様である。２列目の複数のカラム６１４，７１４，８１４，９１４についても、ＸＹステージ１０５と相対移動しながら、電子ビームを用いて試料１０１にパターンを描画する。また、１列目の複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４と２列目の複数のカラム６１４，７１４，８１４，９１４は、ｘ方向に位置を合わせて配置される。ここでは、一例として、１列目に４つのカラム、及び２列目に４つのカラムが配置されているが、これに限るものではない。各列共に、３つ以上、或いは、４つ以上が１列に配置されていればよい。例えば、４０機或いは６０機のカラムが配置されていてもよい。

また、電子銃６０１，７０１，８０１，９０１の構成は、上述した電子銃２０１，３０１，４０１，５０１と同様である。但し、電子銃６０１，７０１，８０１，９０１の各直線導入機１０は、電子銃２０１，３０１，４０１，５０１の各直線導入機１０が配置される真空室１０２の外周面とは反対側の外周面に配置される。言い換えれば、電子銃６０１，７０１，８０１，９０１は、電子銃２０１，３０１，４０１，５０１と対向するように配置される。

２列目の複数のカラム６１４，７１４，８１４，９１４を１列目の複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４と対向する位置に並べることで、他のカラム等の内部構成と干渉することなく、各電子銃のカソード位置を操作する直線導入機１０の真空室１０２外に配置される機構を真空室１０２の両側に配置することができる。

実施の形態４．
上述した実施の形態３では、２列目の複数のカラム６１４，７１４，８１４，９１４を１列目の複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４とｘ方向の位置を合わせて配置する構成について説明したが、これに限るものではない。実施の形態４では、ｘ方向の位置をずらして配置する構成について説明する。

図１２は、実施の形態４における描画装置の内部構成を示す上面概念図である。
図１２において、２列目の複数のカラム６１４，７１４，８１４，９１４を１列目の複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４とｘ方向の位置をカラムの幅の約１／２ずらして配置した点以外は、図１１と同様である。図１２に示すように、１列目の複数のカラムと２列目の複数のカラムを互いに位置をずらして配置すると、真空室１０２の内部空間を有効に使用することができる。その結果、真空室１０２のサイズを小さくすることができ、より好適である。

実施の形態５．
上述した実施の形態３では、実施の形態１で示した複数のカソードを直線方向に移動させる機構で、２列に複数のカラムを配置した構成について説明したが、実施の形態５では、実施の形態２で示した複数のカソードを回転させる機構で、２列に複数のカラムを配置した構成について説明する。

図１３は、実施の形態５における描画装置の内部構成を示す上面概念図である。
図１３において、各カラム用の電子銃２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１を実施の形態２で説明した回転式の電子銃に置き換えた点以外は、図１１と同様である。

また、電子銃６０１，７０１，８０１，９０１の構成は、実施の形態２で説明した電子銃２０１，３０１，４０１，５０１と同様である。但し、電子銃６０１，７０１，８０１，９０１の各回転機構１８は、電子銃２０１，３０１，４０１，５０１の各回転機構１８が配置される真空室１０２の外周面とは反対側の外周面に配置される。言い換えれば、電子銃６０１，７０１，８０１，９０１は、電子銃２０１，３０１，４０１，５０１と対向するように配置される。また、図９では、高圧導入端子４６が軸１７とは反対側の面から真空室外へと延びるように配置されているが、図１３では、高圧導入端子４６が真空室１０２の上面から真空室外へと延びるように配置すると他の構成と干渉することなく好適である。

２列目の複数のカラム６１４，７１４，８１４，９１４を１列目の複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４と対向する位置に並べることで、他のカラム等の内部構成と干渉することなく、各電子銃のカソード位置を操作する回転機構１８の真空室１０２外に配置される機構を真空室１０２の両側に配置することができる。

実施の形態６．
上述した実施の形態５では、２列目の複数のカラム６１４，７１４，８１４，９１４を１列目の複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４とｘ方向の位置を合わせて配置する構成について説明したが、これに限るものではない。実施の形態６では、ｘ方向の位置をずらして配置する構成について説明する。

図１４は、実施の形態６における描画装置の内部構成を示す上面概念図である。
図１４において、２列目の複数のカラム６１４，７１４，８１４，９１４を１列目の複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４とｘ方向の位置をカラムの幅の約１／２ずらして配置した点以外は、図１３と同様である。図１４に示すように、１列目の複数のカラムと２列目の複数のカラムを互いに位置をずらして配置すると、真空室１０２の内部空間を有効に使用することができる。その結果、真空室１０２のサイズを小さくすることができ、より好適である。

実施の形態７．
上述した各実施の形態では、直線方向或いは回転方向のどちらか一方の移動が可能な機構によってカソード位置を変更する構成について説明した。実施の形態７では、直線方向と回転方向の両方に移動が可能な機構によってカソード位置を変更する構成について説明する。

図１５は、実施の形態７における描画装置の内部構成の一部を示す概念図である。図１５において、各電子銃２０１，３０１，４０１，５０１の内部構成以外は、図１，２或いは図９と同様である。各電子銃２０１，３０１，４０１，５０１は、高圧導入端子４６と、バレル４５（回転部材）と、複数のカソードと、直線導入機兼回転機構１９とを備えている。直線導入機兼回転機構１９は、軸１５とつまみ部１３を有している。直線導入機兼回転機構１９は、カラム毎に、すべての電子銃２０１，３０１，４０１，５０１に搭載されている。直線導入機兼回転機構１９の軸１５は、複数のカラム２１４，３１４，４１４，５１４が並べられた方向と直交する方向（ここではｙ方向）に延びる。軸１５は、ｙ方向に移動可能であり、また、回転軸として回転可能である。円筒状のバレル４５は、中心で軸１５に接続され、軸１５の回転に従って、周方向に回転する。また、軸１５がｙ方向に移動することでｙ方向に移動する。複数のカソード４３は、バレル４５の外周面（円周面）に沿って、例えば、等間隔（９０°ずつの間隔）で３列配置される。かかる場合に、つまみ部１３は、真空室１０２の外部に配置され、真空室１０２の外部から真空室１０２内に延びる軸１５に接続されている。直線導入機兼回転機構１９は、実質的に真空室１０２内の真空を破らずに軸１５を回転移動および直線移動させることができる。このように、カラム上でバレル４５を回転させることで複数のカソード４３の位置を回転方向で変更することができ、バレル４５をｙ方向に移動させることで複数のカソード４３の位置を直線方向で変更することができる。そのため、複数のカソード４３のいずれかについて交換が必要となった際には、対象となったカソードをその他のカソード４３に交換することができる。ここでは、一例として、４つのカソード４３を３列並べた例を示したが、これに限るものではない。少なくとも外周面（円周面）に沿って２つ以上、かつ２列以上あればよい。また、つまみ部１３については、ユーザが手動で回す或いは押す或いは引くものに限らず、軸１５に回転動作或いは直線方向動作を伝達できる機構であればよい。

以上のように、回転方向と直線方向に移動可能な機構を設けることで、さらに、多くのカソードを配置することができる。カソードの数が多くなるほど、大気開放する原因を少なくすることができる。その結果、装置のダウンタイムをさらに減少させ、稼働率の向上につなげることができる。

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。例えば、上述した実施の形態では、熱放出型のカソードを用いているが、これに限るものではなく、熱電界型のカソード、電界放出型のカソード、その他のカソードであっても同様に成り立つ。また、エミッタが電子放出源でなく、イオン放出源であっても同様に成り立つ。

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荷電粒子ビーム描画装置及び方法は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１における描画装置の構成を示す正面概念図である。 図１の描画装置内部の側面概念図である。 実施の形態１における描画装置のカラム内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動作を説明するための概念図である。 実施の形態１における電子銃の内部構成を示す正面断面図である。 図５の電子銃の内部構成を示す側面断面図である。 実施の形態１におけるカラムセル数と装置稼働率との関係を試算した結果を示すグラフである。 実施の形態２における描画装置の構成を示す正面概念図である。 図８の描画装置内部の側面概念図である。 実施の形態２における電子銃の内部構成を示す断面図である。 実施の形態３における描画装置の内部構成を示す上面概念図である。 実施の形態４における描画装置の内部構成を示す上面概念図である。 実施の形態５における描画装置の内部構成を示す上面概念図である。 実施の形態６における描画装置の内部構成を示す上面概念図である。 実施の形態７における描画装置の内部構成の一部を示す概念図である。 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。 カラムセル数と装置稼働率との関係を試算した結果を示すグラフである。

符号の説明

１０ 直線導入機
１２ 回転ロール
１４ 導入軸
１３，１６ つまみ部
１５，１７ 軸
１８ 回転機構
１９ 直線導入機兼回転機構
２２，４２，４３，５２，６２，７２ カソード
２４ ホルダ
２５，４６ 高圧導入端子
２６ ウェネルト
２７ エミッタ
２８ フィラメント
２９ 碍子
３０ アノード
３１，３２，３４ 電極
４４，４５ バレル
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 真空室
１０５ ＸＹステージ
１５０ 描画部
１６０ 制御回路
２００，３００ 電子ビーム
２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１ 電子銃
２０２，３０２ 照明レンズ
２０３，３０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４，３０４ 投影レンズ
２０５，３０５，２０８，３０８ 偏向器
２０６，３０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７，３０７ 対物レンズ
２１４，３１４，４１４，５１４，６１４，７１４，８１４，９１４ カラム
２１６，３１６ 成形開口
２１８，３１８，４１１ 開口
３３０ 電子線
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (5)

1. 試料を配置するステージと、
   １列に並べられ、前記ステージと相対移動しながら、荷電粒子ビームを用いて前記試料にパターンを描画する３つ以上の複数のカラムと、
   前記カラム毎に配置された複数のカソードと、
   を備えたことを特徴する荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記複数のカソードは、前記複数のカラムが並べられた方向と直交する方向に一列に配置され、
   前記荷電粒子ビーム描画装置は、さらに、前記カラム毎に、前記複数のカソードが並べられた方向に前記複数のカソードを移動させる移動機構を備えたことを特徴する請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置。
3. 前記カラム毎に、前記複数のカラムが並べられた方向と直交する方向に延びる軸と、
   前記カラム毎に、前記軸を回転軸として回転する円筒状の回転部材と、
   をさらに備え、
   前記複数のカソードは、前記回転部材の外周面に沿って配置されたことを特徴する請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置。
4. １列目の前記複数のカラムと平行して２列目として配置され、前記ステージと相対移動しながら、荷電粒子ビームを用いて前記試料にパターンを描画する３つ以上の複数のカラムをさらに備えたことを特徴する請求項１〜３いずれか記載の荷電粒子ビーム描画装置。
5. 前記１列目の複数のカラムと前記２列目の複数のカラムは、互いに位置をずらして配置されることを特徴する請求項４記載の荷電粒子ビーム描画装置。

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