JP2011040341A - 電子銃、荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望のパターン寸法とパターン精度を実現することが可能な電子銃および荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法を提供する。
【解決手段】荷電粒子源であるカソードと、前記カソードからの荷電粒子ビーム放出方向に順次、前記カソード以下の電位が印加されたウェネルトと、前記カソードより高い電位が印加されたアノードとを配置し、前記荷電粒子ビームを、前記ウェネルトの具備する開口部分を通過させて収束し、クロスオーバを形成するよう構成された電子銃について、前記ウェネルトと前記クロスオーバとの間の距離ｂを、前記カソードと前記ウェネルトとの間の距離であるギャップａにより除して算出される倍率Ｍ（＝ｂ／ａ）が１以下であり、かつ前記ギャップａが０．９ｍｍ以上となるように構成し、荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法で使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子銃、荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法に関する。

近年、半導体集積回路の高集積化に伴って、ＬＳＩ（Large Scale Integration）のパターンは、より微細化および複雑化する傾向にある。このため、フォトリソグラフィ技術に代わり、電子ビームを用いてパターンを直接描画する、電子ビームリソグラフィ技術の開発が進められている。

電子ビームリソグラフィ技術は、利用する電子ビームが荷電粒子ビームであるために、本質的に優れた解像度を有している。また、焦点深度を大きく確保することができるので、高い段差上でも寸法変動を抑制できるという利点も有している。このため、ＤＲＡＭを代表とする最先端デバイスの開発に適用されている他、一部ＡＳＩＣの生産にも用いられている。さらに、ウェハにＬＳＩパターンを転写する際の原版となるマスクまたはレチクルの製造現場においても、電子ビームリソグラフィ技術が広く一般に使われている。この電子ビームリソグラフィ技術の実施には電子ビーム描画装置が使用されるが、この装置においてはいわゆる電子銃がその要部を構成する。

図１０は、こうした電子ビームリソグラフィ技術に使用される従来の電子ビーム描画装置の電子銃の概略構成を示す説明図である。
従来の電子ビーム描画装置に使用される電子銃１００は、通常、熱電子放射陰極型であるが、その基本構成は、輝度を高くするために先端を凸形状にしたあるいは鋭く尖らせたカソード１０４と、カソード１０４に印加する電圧よりも低い電位を与えられ、カソード１０４から射出される電子を収束させるためのウェネルト１０５と、アース電極をもつアノード１０６とからなる。

このような三極タイプの電子銃は構造が簡単で扱いやすく、広く一般に用いられている。図１０に示す電子銃１００は、電子源であるカソード１０４と、ウェネルト１０５と、アノード１０６の三極同軸構造で、支持電極１０７および１０８と、ヒータ１０９および１１０を備えている。カソード１０４の先端は、凸形状あるいは微小領域に電界を集中させるために尖っており、その場合、曲率半径は概ね５０〜１００μｍ程度である。

ここで、電子ビーム描画装置の描画動作時においては、電子銃１００の周囲は高真空となる。そして、ヒータ１０９、１１０を介して支持電極１０７、１０８の先端に取り付けられたカソード１０４とアノード１０６の間に、例えば５０ｋＶ程度の高電圧（加速電圧）が加速電源１１１を用いて印加される。

さらに、加熱電源１０３を用いて支持電極１０７、１０８との間に加熱電圧を印加することにより、ヒータ１０９、１１０は通電加熱され、カソード１０４が加熱される。そして、例えば六硼化ランタン（ＬａＢ_６）からなるカソード１０４から熱電子が出射し、この熱電子が上記加速電圧により加速されて電子ビームとして放出される。この電子ビームは、電子ビーム描画装置内に設けられた図示されない各種レンズ、各種偏向器、ビーム成形用アパーチャ等により所要の形状に成形される。成形された電子ビームは、電子ビーム描画装置の下部に配置された試料室内の試料に照射され、これにより試料にパターンが描画される。

このとき、アノード１０６は上述のように接地されているので、カソード１０４には支持電極１０７、１０８を介して負の高電圧が印加されていることになる。ウェネルト１０５の電位はバイアス電源１０２の作用によりカソード電位よりもさらに１００〜１０００Ｖ程度低く、この電位によってカソード１０４から放出される電子ビームが制限されると同時に、収束作用を有するレンズとして動作し、後述するクロスオーバが形成される。

こうした電子ビームを放出する電子銃およびそれを用いた電子ビーム描画装置の技術に対しては盛んに検討がなされ、多様な応用が試みられている。例えば、特許文献１には、六硼化ランタン（ＬａＢ_６）等の熱陰極カソードに代わる省エネルギー型の冷陰極型電子放出源として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）をエミッタとするカソードとアノードとからなる電子線発生装置が開示されている。また、特許文献１には、電子ビームの調整と安定化のために、ウェネルト位置を機械的に調整する技術が開示されている。

特許文献２には、電子ビームの状態を適正に保つことができるよう、その状態をリアルタイムでモニタし、さらに改善と維持のためのフィードバックが可能とされたピアス式電子銃を備えた電子ビーム蒸着装置が開示されている。特に、特許文献２には、必要となる電子銃のメンテナンスの前後で、組み立て精度によって発生するウェネルトとカソード間の相対距離の変化が電子ビームのサイズを変える問題を解決するための技術が開示されている。

特開２００８−３１１１７４号公報 特開２００７−５１３２６号公報

しかしながら、電子銃が熱電子放射陰極型である場合、カソードを高温で加熱する必要があるため、カソード構成材料の蒸発を避けることができず、ひいてはカソード自体の寸法変化を避けることができない。カソード構成材料が蒸発し、カソードが消耗すると、カソードとウェネルト間の距離が所望の設定値から変動することとなる。より具体的には、カソードとウェネルト間の距離が広がることになる。そして、カソードとウェネルト間の距離が広がれば、それに伴いウェネルトの作用により形成される電子ビームのクロスオーバ形成位置が所望の位置からずれてしまうことになる。

このように、電子銃を用いた電子ビーム描画装置において、クロスオーバの形成位置が変動する場合、装置内で電子ビームの分布が変動し、電子ビーム描画装置の試料室内に設置された試料上に照射される電子ビームの変動となって現れる。その結果、試料上での所望のパターン寸法とパターン精度を実現することができなくなってしまう。
したがって、試料上での所望のパターン寸法とパターン精度を実現するには、従来の電子銃、特に、熱電子放射陰極型の電子銃とこれを用いた電子ビーム描画装置や電子ビーム描画方法では不充分であり、新たな構成の電子銃および電子ビーム描画装置並びに電子ビーム描画方法が求められている。

本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、所望のパターン寸法とパターン精度を実現することが可能な電子銃、この電子銃を用いた荷電粒子ビーム描画装置およびこれらを用いた荷電粒子ビーム描画方法を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の第１の態様は、荷電粒子源であるカソードと、そのカソードからの荷電粒子ビーム放出方向に順次、カソード以下の電位が印加されたウェネルトと、カソードより高い電位が印加されたアノードとを配置し、カソードからの荷電粒子ビームを、ウェネルトの具備する開口部分を通過させて収束し、クロスオーバを形成するよう構成された電子銃であって、
ウェネルトとクロスオーバとの間の距離ｂを、カソードとウェネルトとの間の距離であるギャップａにより除して算出される倍率Ｍ（＝ｂ／ａ）が１以下であり、且つ、ギャップａが０．９ｍｍ以上であることを特徴とする電子銃に関する。

このとき、ウェネルトとクロスオーバとの間の距離ｂは１．２ｍｍ以下であることが好ましい。

また、ウェネルトは、荷電粒子ビームを通過させる開口部の径であるウェネルト径が２．０ｍｍ〜３．５ｍｍであることが好ましい。

本発明の第２の態様は、電子銃と、描画対象となる基板を配置する試料室と、電子銃と試料室の間に設けられた荷電粒子ビーム光学系とを備える荷電粒子ビーム描画装置であって、電子銃は、荷電粒子源であるカソードと、そのカソードからの荷電粒子ビーム放出方向に順次、カソード以下の電位が印加されたウェネルトと、カソードより高い電位が印加されたアノードとを配置し、荷電粒子ビームを、ウェネルトの具備する開口部分を通過させて収束し、クロスオーバを形成するよう構成され、ウェネルトとクロスオーバとの間の距離ｂを、カソードとウェネルトとの間の距離であるギャップａにより除して算出される倍率Ｍ（＝ｂ／ａ）が１以下であり、且つ、ギャップａが０．９ｍｍ以上であることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置に関する。

本発明の第３の態様は、荷電粒子源であるカソードと、そのカソードからの荷電粒子ビーム放出方向に順次、カソード以下の電位が印加されたウェネルトと、カソードより高い電位が印加されたアノードとを配置し、荷電粒子ビームを、ウェネルトの具備する開口部分を通過させて収束し、クロスオーバを形成するよう構成された電子銃であって、ウェネルトとクロスオーバとの間の距離ｂを、カソードとウェネルトとの間の距離であるギャップａにより除して算出される倍率Ｍ（＝ｂ／ａ）が１以下であり、且つ、ギャップａが０．９ｍｍ以上である電子銃と、描画対象となる基板を配置する試料室と、電子銃と試料室の間に設けられた荷電粒子ビーム光学系とを備える荷電粒子ビーム描画装置を用い、荷電粒子ビームにより描画対象となる基板上に描画することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法に関する。

本発明の第１の態様によれば、電子銃において、カソードが高温で加熱されることによって消耗し、カソードが後退してカソードとウェネルト間の距離が広がることが生じても、ウェネルトの作用により形成される電子ビームのクロスオーバ形成位置のずれを小さくすることができ、それを許容範囲内に抑制することができる。

本発明の第２の態様によれば、カソードが消耗して後退し、カソードとウェネルト間の距離が広がることが生じても、ウェネルトの作用により形成される電子ビームのクロスオーバ形成位置のずれを小さくすることができる電子銃を描画装置に適用することが可能となり、荷電粒子ビームを用いて行う、描画対象である基板への描画において所望のパターン寸法とパターン精度を実現することができる。併せて、カソードとウェネルト間の距離の広がりに伴う装置メンテナンスの回数が低減された描画装置の提供が可能となる。

本発明の第３の態様によれば、カソードの消耗によりカソードとウェネルト間の距離が広がっても、ウェネルトの作用により形成される電子ビームのクロスオーバ形成位置のずれを小さくすることができる電子銃を用いた描画装置の使用が可能となり、荷電粒子ビームを用いて行う、描画対象である基板への描画において所望のパターン寸法とパターン精度を実現することができる。併せて、カソードとウェネルト間の距離の広がりに伴う、使用装置のメンテナンス回数を低減することが可能となる。

本実施の形態における電子銃の概略構成を示す模式的な構成図である。 本実施の形態における電子銃の要部構成を説明する説明図である。 従来電子銃におけるカソード先端部分の後退に伴うクロスオーバ形成位置の変動を説明する図である。 本実施の形態である電子銃におけるカソード先端部分の後退に伴うクロスオーバ形成位置の変動を説明する図である。 本実施の形態である電子銃について電子ビームの軌道をシミュレーションした図である。 本実施の形態である電子銃におけるギャップａと倍率Ｍの関係を示すグラフである。 本実施の形態である電子銃における初期ギャップａと、カソードを１０μｍ後退させた場合に発生するクロスオーバ移動量（Δｘ）との関係を示す図である。 本実施の形態である描画装置の構成図である。 電子ビームによる本実施の形態である描画方法の説明図である。 従来の描画装置の電子銃の概略構成を説明する説明図である。

図１は、本実施の形態における電子銃の概略構成を示す模式的な構成図である。この電子銃は、熱電子放射陰極型の電子銃であり、後述する本実施の形態の電子ビーム描画装置に適用可能である。
図１に示すように、本実施の形態における電子銃１は、輝度を高くするために先端を凸形状にしたカソード４と、カソード４に印加する電圧よりも低い電位を与えられたウェネルト５と、アース電極をもつアノード６とを基本構成とする三極タイプの電子銃である。

そして、図１に示す電子銃１は、荷電粒子である電子の供給源、すなわち電子源であるカソード４と、カソード４からの電子ビーム放出方向に順次配置されるウェネルト５と、アノード６とが三極同軸となる構造を有する。そして、ウェネルトはカソード４から射出される電子ビームが通過する開口部分を具備し、その開口部分は電子ビームを収束させるのに適当なように径が選択されている。そして、カソード４は支持電極７および支持電極８に支持され、カソード４を加熱するためのヒータ９およびヒータ１０を備えている。なお、ウェネルト５の開口部分の径を以下、ウェネルト径と称する。

電子銃１が後述するように電子ビーム描画装置に使用される場合、描画動作時には、電子銃１周囲は高真空にされ、ヒータ９、１０を介して支持電極７、８の先端に取り付けられたカソード４とアノード６の間に例えば５０ｋＶ程度の高電圧（加速電圧）が加速電源１１を用いて印加される。

そして、加熱電源３を用いて支持電極７と支持電極８の間に印加される加熱電圧により、ヒータ９、１０が通電加熱されカソード４を加熱し、六硼化ランタン（ＬａＢ_６）からなるカソード４から熱電子が出射し、この熱電子が上記加速電圧により加速されて電子ビームとして放出される。この電子ビームは、後述する電子ビーム描画装置内に設けられた各種レンズ、各種偏向器、ビーム成形用アパーチャ等により所要の形状に成形される。成形された電子ビームは、電子ビーム描画装置の下部に配置された試料室内の試料に照射され、これにより試料にパターンが描画される。

このとき、アノード６は上述のように接地されているので、カソード４には支持電極７、８を介して負の高電圧が印加されていることになる。そして、ウェネルト５の電位はバイアス電源２の作用によりカソード電位よりもさらに１００Ｖ〜１０００Ｖ程度低く、この電位によってカソード４から放出される電子ビームが制限されると同時に、収束作用を有するレンズとして動作し、ウェネルト５の開口部分を通過する電子ビームにおいては、焦点、すなわち、クロスオーバが形成される。

電子銃１は、描画動作時の加熱によりカソード４の構成材料が蒸発してカソード４が消耗することがある。その結果、カソード４先端部分のウェネルト５側の面が後退する。しかしながら、そのようにカソード４とウェネルト５間の距離が広がった場合にも、発生する電子ビームのクロスオーバの形成位置の変動を小さくし、それが許容範囲内に抑制されるよう、本実施の形態である電子銃１は構成されている。

図２は、本実施の形態における電子銃１の要部構成を説明する図である。図２に示すように、初期状態でのカソード４先端部分のウェネルト５側の面とウェネルト５との間の距離（以下、ギャップと称する。）をａと定義し、ウェネルト５と電子ビーム２１のクロスオーバ２０との間の距離をｂと定義する。
このような定義に従い、電子銃１において、初期状態でのカソード４とウェネルト５とのギャップａと、ウェネルト５とクロスオーバ２０までの距離ｂを用い、倍率ＭをＭ＝ｂ／ａと定義する。そして、電子銃１においては、このＭの値を最適な範囲内に調整することが可能であり、発生する電子ビームのクロスオーバ２０の形成位置の変動を小さなものとし、それを許容範囲内に抑制することが可能である。

具体的には、本実施の形態における電子銃１においては、カソード４先端部分の後退に伴う電子ビーム２１のクロスオーバ２０の形成位置の変動を許容範囲内に抑制するよう、上述の倍率Ｍを１以下となるように構成されている。
一方、従来の電子銃においては、上述の定義による倍率Ｍは通常１より大きくなるよう設定されている。

図３は、従来技術における電子銃１′を示しており、本実施の形態の電子銃１に対して比較のために倍率Ｍが１より大きくなるように構成した場合に対応する。図３を用いて、カソード４′先端部分の後退に伴うクロスオーバ２０′形成位置の変動を説明する。

図３では、上下に二つの電子銃が並べて示されているが、上側の電子銃１′では、カソード４′が初期設定の位置にあるときのクロスオーバ２０′形成の位置を示している。一方、下側の電子銃１′では、電子ビーム放出動作によりカソード４′が消耗し、カソード４′先端部分のウェネルト５′側の面が後退した場合のクロスオーバ２０′形成の位置を示している。
図３は、カソード４′の構成材料が蒸発する前の初期状態でのクロスオーバ２０′形成位置と、カソード４′の構成材料が蒸発してカソード４′の先端部分が後退した後のクロスオーバ２０′形成位置の違いを明示する。このとき、図３と後述する図４にもあるように、クロスオーバ移動量（Δｘ）は、カソード４′の先端部分の後退に伴うクロスオーバ２０′形成位置の変動値として定義される。

図３に示す従来技術に対応する電子銃１′においては、カソード４′の後退量に対してクロスオーバが大きく動いてしまうことが分かる。すなわち、従来電子銃においては、カソードの後退に伴い、Δｘはかなり大きくなってしまう。

一方、図４は、倍率Ｍが１以下である本実施の形態の電子銃１における、カソード４先端部分の後退に伴うクロスオーバ２０形成位置の変動を説明する図となる。すなわち、図４中、上下に並べられた二つの銃は、上側はカソード４が初期設定の位置にあるときのクロスオーバ２０形成の位置を示し、下側は電子ビーム放出動作によりカソード４が後退した場合のクロスオーバ２０形成の位置を示す。

そして、図４でも図３と同様、カソード４の構成材料が蒸発する前の初期状態でのクロスオーバ形成位置と、カソード４の構成材料が蒸発してカソード４の先端部分が後退した後のクロスオーバ２０形成位置の比較ができるよう、それぞれの状態での電子銃１の要部構成を並べて模式的に示してある。

このとき、図４に示す本実施の形態の電子銃１においては、ギャップａがもともと大きいため、カソード４の先端部分の後退によって受けるギャップ変動の影響が小さい。そのためクロスオーバ移動量（Δｘ）が、カソード４の後退によってもそれほど大きくはならず、図３に示した従来電子銃の場合より小さくなることが分かる。

なお、以上のような結果は、シミュレーションによっても確認することができる。図５は、本実施の形態である電子銃１について、発生する電子ビームの軌道を軌道計算によりシミュレーションした図であり、クロスオーバの形成位置を明らかにした図である。

このとき、図５においてｘ軸は、同軸上に配置されたカソード４とウェネルト５とアノード６における当該配置の軸と一致し、カソード４先端部分のウェネルト５側の面をｘ＝０と定義している。よって、アノード６はｘ軸上、ｘ＞０である適当な位置に配置されていることになる。加えて、ウェネルト５のｘ軸上での位置が分かるように、図中にその配設位置を示してある。

そして、ｙ軸はカソード４等の配置軸と一致するｘ軸からの距離ｒ（ｍｍ）を表し、ｘ軸周囲に広がって分布する電子ビームにおいて分布密度が一定以上である範囲としてその軌道を図として表す。すなわち、ｘ軸周囲に広がって分布する電子ビームの軌道を上述のカソード４等の配置軸と直交する正負両方向において評価し、当該軸からの距離（ｍｍ）としてプロットしている。

すなわち、本実施の形態である電子銃１について、その電子ビームの軌道のシミュレーション結果から、倍率Ｍを１以下とすることでカソード４先端部分の後退に伴う電子ビーム２１のクロスオーバ２０の形成位置の変動を小さくし、許容範囲内に抑制することができることが分かる。

以上のように、本実施の形態の電子銃１においては、倍率Ｍが１以下であるように構成されるが、次に、この倍率Ｍについて、Ｍ≦１を実現できるギャップａの範囲について検討した結果を説明する。

図６は、本実施の形態である電子銃１におけるギャップａと倍率Ｍの関係を示すグラフである。図６に示すように、倍率Ｍ≦１を実現するギャップａの望ましい範囲を決めるため、電子銃１において、ギャップａと実現される倍率Ｍの関係を評価したところ、ギャップａは０．９ｍｍ以上が望ましいことが分かった。

次に、電子銃１においてギャップａの上限について検討した。具体的には、電子銃１のカソード４の先端部分の面を１０μｍ後退させた場合のクロスオーバ移動量（Δｘ）を評価した。

図７は、本実施の形態である電子銃１における初期ギャップａと、カソード４を１０μｍ後退させた場合に発生するクロスオーバ移動量（Δｘ）との関係を示す図である。電子銃１においては、初期ギャップａを１．１ｍｍから１．４ｍｍまでの値に設定し、各設定値のギャップａの電子銃１に対し、カソード４を１０μｍ後退させ、その場合に発生するクロスオーバ移動量（Δｘ）を評価し、グラフ上プロットした。

熱電子放射陰極型の電子銃を使用した電子ビーム描画装置においては、描画動作時にΔｘが概ね１０μｍ程度となると、装置を停止し、装置メンテナンスを行って、カソード位置を調整するのが一般的である。従って、電子銃は、たとえカソードが消耗して１０μｍ程度後退しても、Δｘが容易には１０μｍを越えないことが望ましい。

図７に示すように、本実施の形態の電子銃１においては、評価したギャップａの範囲で、Δｘが概ね１０μｍとなっており、望ましい構成を実現していることが分かる。

そして、特に、電子銃１における初期ギャップａが１．２ｍｍ以下の範囲では、Δｘは１０μｍより小さくなることが分かる。よって、電子銃１における初期のギャップａは、特に、１．２ｍｍ以下であることが望ましいことが分かった。

また、本実施の形態の電子銃１においては、上述のシミュレーション結果を含む種々の検討から、Δｘをより小さくするよう、ウェネルト５のウェネルト径を調整することも有効であることが分かった。具体的には、従来技術である電子銃のウェネルト径よりも大きく設定する方向で、ウェネルト５のウェネルト径を２．０ｍｍから３．５ｍｍの範囲内で選択することにより、Δｘが小さくなるよう調整することが可能であることが分かった。

以上の検討結果より、本実施の形態である電子銃１においてギャップａは、倍率Ｍが１以下となるよう０．９ｍｍ以上であることが望ましく、クロスオーバ移動量（Δｘ）が適当な値となるよう、１．２ｍｍ以下であることが特に望ましいことが分かった。

次に、本実施の形態の電子銃１を用いた電子ビーム描画装置３０について説明する。
図８は、本実施の形態の電子ビーム描画装置の構成図である。

図８において、電子ビーム描画装置３０の試料室３１内には、描画基板であるマスク基板３２が設置されたステージ３３が設けられている。ステージ３３は、ステージ駆動回路３４によりＸ方向（紙面における左右方向）とＹ方向（紙面における垂直方向）に駆動される。ステージ３３の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路３５により測定される。

試料室３１の上方には、電子ビーム光学系４０が設置されている。この光学系４０は、上述した本実施の形態である電子銃１、各種レンズ３７、３８、３９、４１、４２、ブランキング用偏向器４３、成形偏向器４４、ビーム走査用の主偏向器４５、ビーム走査用の副偏向器４６、および、２個のビーム成形用アパーチャ４７、４８等から構成されている。

本実施の形態の電子ビーム描画装置３０では電子銃として、カソードが消耗して後退し、カソードとウェネルト間の距離が広がることが生じても、ウェネルトの作用により形成される電子ビームのクロスオーバ形成位置のずれを小さくすることができる電子銃１を使用している。したがって、電子ビームを用いて行う、描画対象である基板への描画において所望のパターン寸法とパターン精度を実現することができる。併せて、具備する電子銃における、カソードとウェネルト間の距離の広がりに伴う装置メンテナンスの回数を低減することができる。

図９は、電子ビームによる本実施の形態の描画方法の説明図である。図９に示す本実施の形態の描画方法は、上述の本実施の形態の電子ビーム描画装置３０を使用することにより実現される。すなわち、図９に示す電子ビーム８４は、本実施の形態の電子ビーム描画装置３０の具備する電子銃１によって放出された電子ビームである。

図９に示すように、マスク基板３２上に描画されるパターン８１は、短冊状のフレーム領域８２に分割されている。電子ビーム描画装置３０の具備する電子銃１からの電子ビーム８４による描画は、ステージ３３が一方向（例えば、Ｘ方向）に連続移動しながら、フレーム領域８２毎に行われる。フレーム領域８２は、さらに副偏向領域８３に分割されており、電子ビーム８４は、副偏向領域８３内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域８２は、主偏向器４５の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域８３は、副偏向器４６の偏向幅で決まる単位描画領域である。

副偏向領域８３内での電子ビーム８４の位置決めは、副偏向器４６で行われる。副偏向領域８３の位置制御は、主偏向器４５によってなされる。すなわち、主偏向器４５によって、副偏向領域８３の位置決めがされ、副偏向器４６によって、副偏向領域８３内でのビーム位置が決められる。さらに、成形偏向器４４とビーム成形用アパーチャ４７、４８によって、電子ビーム８４の形状と寸法が決められる。そして、ステージ３３を一方向に連続移動させながら、副偏向領域８３内を描画し、１つの副偏向領域８３の描画が終了したら、次の副偏向領域８３を描画する。フレーム領域８２内の全ての副偏向領域８３の描画が終了したら、ステージ３３を連続移動させる方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域８２を順次描画して行く。

本実施の形態である描画方法にしたがってレイアウトデータは、描画データに変換された後、記憶媒体である入力部５１に記録される。記録された描画データは制御計算機５０によって読み出され、フレーム領域８２毎にパターンメモリ５２に一時的に格納される。パターンメモリ５２に格納されたフレーム領域８２毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ５３と描画データデコーダ５４に送られる。次いで、これらを介して、副偏向領域偏向量算出部６０、ブランキング回路５５、ビーム成形器ドライバ５６、主偏向器ドライバ５７、副偏向器ドライバ５８に送られる。

また、制御計算機５０には、偏向制御部６２が接続している。偏向制御部６２は、セトリング時間決定部６１に接続し、セトリング時間決定部６１は、副偏向領域偏向量算出部６０に接続し、副偏向領域偏向量算出部６０は、パターンデータデコーダ５３に接続している。また、偏向制御部６２は、ブランキング回路５５と、ビーム成形器ドライバ５６と、主偏向器ドライバ５７と、副偏向器ドライバ５８とに接続している。

パターンデータデコーダ５３からの情報は、ブランキング回路５５とビーム成形器ドライバ５６に送られる。具体的には、パターンデータデコーダ５３で描画データに基づいてブランキングデータが作成され、ブランキング回路５５に送られる。また、描画データに基づいて所望とするビーム寸法データも作成されて、副偏向領域偏向量算出部６０とビーム成形器ドライバ５６に送られる。そして、ビーム成形器ドライバ５６から、電子ビーム光学系４０の成形偏向器４４に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム８４の形状と寸法が制御される。

副偏向領域偏向量算出部６０は、パターンデータデコーダ５３で作成したビーム形状データから、副偏向領域８３における、１ショット毎の電子ビームの偏向量（移動距離）を算出する。算出された情報は、セトリング時間決定部６１に送られ、副偏向による移動距離に対応したセトリング時間が決定される。

セトリング時間決定部６１で決定されたセトリング時間は、偏向制御部６２へ送られた後、パターンの描画のタイミングを計りながら、偏向制御部６２より、ブランキング回路５５、ビーム成形器ドライバ５６、主偏向器ドライバ５７、副偏向器ドライバ５８のいずれかに適宜送られる。

描画データデコーダ５４では、描画データに基づいて副偏向領域８３の位置決めデータが作成され、このデータは、主偏向器ドライバ５７と副偏向器ドライバ５８に送られる。そして、主偏向器ドライバ５７から、電子光学系４０の主偏向器４５に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム８４が所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ５８から、副偏向器４６に所定の副偏向信号が印加されて、副偏向領域８３内での描画が行われる。この描画は、具体的には、設定されたセトリング時間が経過した後、電子ビーム８４を繰り返し照射することによって行われる。

以上のように、本実施の形態の電子ビーム描画装置３０を使用し、電子ビームによる本実施の形態の描画方法は実現される。このとき、電子ビーム描画装置３０は、カソードの消耗によりカソードとウェネルト間の距離が広がっても、ウェネルトの作用により形成される電子ビームのクロスオーバ形成位置のずれを小さくすることができる電子銃１を用いた描画装置である。よって、描画対象であるマスク基板への描画において所望のパターン寸法とパターン精度を実現することができる。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、マスク基板に描画する例について述べたが、ウェハに描画する場合にも本発明を適用できる。すなわち、上述した電子銃の構造に基づいて、ウェハ上へのパターン形成が所望の寸法および形状となるようにすることができる。

また、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。

１、１００ 電子銃
２、１０２ バイアス電源
３、１０３ 加熱電源
４、１０４ カソード
５、１０５ ウェネルト
６、１０６ アノード
７、８、１０７、１０８ 支持電極
９、１０、１０９、１１０ ヒータ
１１、１１１ 加速電源
２０ クロスオーバ
２１、８４ 電子ビーム
３０ 電子ビーム描画装置
３１ 試料室
３２ マスク基板
３３ ステージ
３４ ステージ駆動回路
３５ 位置回路
３７、３８、３９、４１、４２ 各種レンズ
４０ 光学系
４３ ブランキング用偏向器
４４ 成形偏向器
４５ 主偏向器
４６ 副偏向器
４７ 第１のアパーチャ
４８ 第２のアパーチャ
５０ 制御計算機
５１ 入力部
５２ パターンメモリ
５３ パターンデータデコーダ
５４ 描画データデコーダ
５５ ブランキング回路
５６ ビーム成形器ドライバ
５７ 主偏向器ドライバ
５８ 副偏向器ドライバ
６０ 副偏向領域偏向量算出部
６１ セトリング時間決定部
６２ 偏向制御部
８１ 描画されるパターン
８２ フレーム領域
８３ 副偏向領域

Claims (5)

1. 荷電粒子源であるカソードと、前記カソードからの荷電粒子ビーム放出方向に順次、前記カソード以下の電位が印加されたウェネルトと、前記カソードより高い電位が印加されたアノードとを配置し、前記荷電粒子ビームを、前記ウェネルトの具備する開口部分を通過させて収束し、クロスオーバを形成するよう構成された電子銃であって、
   前記ウェネルトと前記クロスオーバとの間の距離ｂを、前記カソードと前記ウェネルトとの間の距離であるギャップａにより除して算出される倍率Ｍ（＝ｂ／ａ）が１以下であり、且つ、前記ギャップａが０．９ｍｍ以上であることを特徴とする電子銃。
2. 前記ウェネルトと前記クロスオーバとの間の距離ｂは、１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子銃。
3. 前記ウェネルトは、前記荷電粒子ビームを通過させる開口部の径であるウェネルト径が２．０ｍｍ〜３．５ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の電子銃。
4. 電子銃と、描画対象となる基板を配置する試料室と、前記電子銃と前記試料室の間に設けられた荷電粒子ビーム光学系とを備える荷電粒子ビーム描画装置であって、
   前記電子銃は、荷電粒子源であるカソードと、前記カソードからの荷電粒子ビーム放出方向に順次、前記カソード以下の電位が印加されたウェネルトと、前記カソードより高い電位が印加されたアノードとを配置し、前記荷電粒子ビームを、前記ウェネルトの具備する開口部分を通過させて収束し、クロスオーバを形成するよう構成され、
   前記ウェネルトと前記クロスオーバとの間の距離ｂを、前記カソードと前記ウェネルトとの間の距離であるギャップａにより除して算出される倍率Ｍ（＝ｂ／ａ）が１以下であり、且つ、前記ギャップａが０．９ｍｍ以上であることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
5. 荷電粒子源であるカソードと、前記カソードからの荷電粒子ビーム放出方向に順次、前記カソード以下の電位が印加されたウェネルトと、前記カソードより高い電位が印加されたアノードとを配置し、前記荷電粒子ビームを、前記ウェネルトの具備する開口部分を通過させて収束し、クロスオーバを形成するよう構成された電子銃であって、前記ウェネルトと前記クロスオーバとの間の距離ｂを、前記カソードと前記ウェネルトとの間の距離であるギャップａにより除して算出される倍率Ｍ（＝ｂ／ａ）が１以下であり、且つ、前記ギャップａが０．９ｍｍ以上である電子銃と、
   描画対象となる基板を配置する試料室と、
   前記電子銃と前記試料室の間に設けられた荷電粒子ビーム光学系とを備える荷電粒子ビーム描画装置を用い、
   荷電粒子ビームにより描画対象となる基板上に描画することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。

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