JP4246372B2 - 電子ビーム生成装置及び電子ビーム露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームによりウェハを露光する電子ビーム露光装置に関する。特に、複数の電子ビームを生成し、ウェハを露光する電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子ビーム生成装置は、熱電子を生成するカソードと、カソードが生成した熱電子を集束させ、１本の電子ビームを生成するグリッドと、カソード及びグリッドを固定する碍子とを有する電子銃を１つ備えていた。そして、１つの電子銃より生成した電子ビームによりウェハを露光していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年の半導体素子の需要の拡大に伴い、半導体素子の生産速度の向上が望まれているが、従来の電子ビーム露光装置では、１本の電子ビームによりウェハを露光し、半導体素子を生成していたため、十分な生産速度を得ることが困難であった。また、上記した電子銃を単に複数備え、複数の電子ビームを生成した場合には、複数の電子銃を個別に制御することが困難であり、また、複数の電子ビームを生成した場合に生じる多量の熱電子による放電を押さえることが困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、複数の電子ビームを生成する電子ビーム生成装置であって、熱電子を発生させる複数のカソードと、カソードに負電圧を印加し、カソードから熱電子を放出させるカソード電源部と、複数のカソードのそれぞれに対応し、複数のカソードのそれぞれから放出された熱電子をそれぞれ集束させ、複数の電子ビームを形成する複数のグリッドと、複数のカソード及び複数のグリッドが設けられた碍子とを備えることを特徴とする電子ビーム生成装置を提供する。
【０００５】
本発明の第１の形態においては、カソード電源部は、複数のカソード電源を有し、複数のカソード電源のそれぞれは、複数のカソードに、負電圧を印加してよい。また、複数のカソードはマトリクス状に設けられ、同一のカソード電源から電圧が印加される複数のカソードには、マトリクスの中心からの距離に基づいた電圧が印加されてよい。また、複数のグリッドの最外周のグリッドより更に外側の、複数のグリッドが設けられた面と略同一面内に、複数のグリッドが設けられた面と略垂直な方向において、最外周のグリッドと略等しい高さの第１ダミー電極を更に備えてよい。
【０００６】
第１ダミー電極は、複数のグリッドが設けられた面から、複数のグリッドが設けられた方向と略逆方向に突出する突出部を含んでよい。また、碍子は、碍子の外面の少なくとも一部を覆う高抵抗膜と、高抵抗膜の上部と電気的に接続された第１電極と、高抵抗膜の下部と電気的に接続された第２電極とを有し、第２電極は、複数のグリッドの内の１つと、第１ダミー電極を介して電気的に接続され、接続されたグリッドと略同一の電位が与えられ、第２電極は、略零電位が与えられてよい。また、碍子により複数のカソード及び複数のグリッドと絶縁された空間に設けられ、第１ダミー電極と電気的に接続される第２ダミー電極を更に備えてよい。また、第２ダミー電極は、カソードとカソード電源部とを接続する接続部を囲むように設けられてよい。
【０００７】
複数のグリッドは、所定のグリッドと所定のグリッドに隣接するグリッドとの空間距離に基づく絶縁耐圧が、碍子の所定のグリッドと所定のグリッドに隣接するグリッドとが設けられた碍子沿面に基づく絶縁耐圧より低くなるように配置されてよい。また、それぞれのカソードに対応して設けられ、それぞれのカソードに印加される電圧を、カソード電源が生成する電圧の分解能より細かい分解能で、それぞれ調整する複数のカソード電圧微調整部を更に備えてよい。また、それぞれのグリッドに対応するカソードの電位に対して、それぞれのグリッドに電圧を印加する、複数のグリッド電源を更に備えてよい。
【０００８】
また、複数のカソードがそれぞれ生成した熱電子量に基づいて、それぞれのカソードに流れるエミッション電流を検出し、検出したエミッション電流をそれぞれ略一定値に保つように、複数のグリッド電源をそれぞれ制御する複数のグリッド制御部を更に備えてよい。また、複数のカソードに、カソードを加熱するためのフィラメント電流をそれぞれ与える複数のフィラメント電流源と、それぞれのカソードにおけるフィラメント電流の電流値を調整する複数の加熱電流調整部と、
複数のグリッドが形成するべき複数の電子ビームの電流量に基づいて、それぞれの加熱電流調整部が調整するフィラメント電流の電流値を制御する加熱電流制御部とを更に備えてよい。また、１つのカソード電源が負電圧を印加する複数のカソードに、それぞれフィラメント電流を与えるための複数のカソードケーブルと、１つのカソード電源が負電圧を印加する複数のカソードにそれぞれ対応した複数のグリッドと複数のグリッド電源とを電気的に接続する複数のグリッドケーブルと、複数のグリッドケーブルをそれぞれ絶縁するための絶縁部と、絶縁部を囲むように設けられ、カソードのいずれかに与えられた電位と略等電位に保たれるシールド部とを有する高圧ケーブル部を更に備えてよい。
【０００９】
また、カソードの表面積は、３．５平方ミリ以下であり、カソードの体積は、０．２立方ミリ以上であることが好ましい。また、碍子により、複数のカソード及び複数のグリッドから絶縁された空間に、絶縁ガス又は絶縁冷媒を還流させる還流部を更に備えてよい。また、碍子の温度を略一定温度に保つように、還流部における絶縁ガス又は絶縁冷媒の還流量を制御する温度制御部を更に備えてよい。
【００１０】
本発明の第２の形態においては、電子ビームによりウェハを露光する電子ビーム露光装置であって、電子ビームを生成する電子ビーム生成装置と、電子ビームをウェハの所望の位置に偏向させる偏向器と、ウェハを載置するステージとを備え、電子ビーム生成装置は、熱電子を発生させる複数のカソードと、カソードに負電圧を印加し、カソードから熱電子を放出させるカソード電源部と、複数のカソードのそれぞれに対応し、複数のカソードのそれぞれから放出された熱電子をそれぞれ集束させ、複数の電子ビームを形成する複数のグリッドと、複数のカソード及び複数のグリッドが設けられた碍子とを有することを特徴とする電子ビーム露光装置を提供する。電子ビーム生成装置、偏向器、及びステージを格納するチャンバと、チャンバ内を減圧する減圧手段とを更に備え、チャンバ内の、減圧手段により減圧された空間である真空領域は、高抵抗膜又は導電体で囲まれていてよい。
【００１１】
尚、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又、発明となりうる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置３００の構成を示す。電子ビーム露光装置３００は、電子ビームによりウェハ３９２に所定の露光処理を施す露光部３５０と、露光部３５０に含まれる各構成の動作を制御する制御系３４０とを備える。
【００１４】
露光部３５０は、チャンバ３５２内部において複数の電子ビームを発生し、電子ビームの断面形状を所望に成形する電子ビーム成形手段３６０と、複数の電子ビームをウェハ３９２に照射するか否かを、それぞれの電子ビームに対して独立に切替える照射切替手段３７０と、ウェハ３９２に転写されるパターンの像の向き及びサイズを調整するウェハ用投影系３８０を含む電子光学系を備える。また、露光部３５０は、パターンを露光すべきウェハ３９２を載置するウェハステージ３９６と、ウェハステージ３９６を駆動するウェハステージ駆動部とを含むステージ系を備える。
【００１５】
電子ビーム成形手段３６０は、複数の電子ビームを発生させる電子ビーム生成装置１００と、電子ビームを通過させることにより、照射された電子ビームの断面形状を成形する複数の開口部を有する第１成形部材３６２および第２成形部材３７２と、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束し、複数の電子ビームの焦点を調整する第１多軸電子レンズ３６４と、第１成形部材３６２を通過した複数の電子ビームを独立に偏向する第１成形偏向部３６６および第２成形偏向部３６８とを有する。
【００１６】
電子ビーム生成装置１００は、熱電子を発生させる複数のカソード１０と、カソード１０に負電圧を印加し、カソード１０から熱電子を放出させるカソード電源部（図示せず）と、複数のカソード１０のそれぞれに対応し、複数のカソード１０のそれぞれから放出された熱電子をそれぞれ集束させ、複数の電子ビームを形成する複数のグリッド２０と、それぞれのグリッド２０に対応するカソード１０の電位に対して、それぞれのグリッド２０に電圧を印加する複数のグリッド電源（図示せず）と、複数のカソード１０及び複数のグリッド２０が設けられた碍子４０とを有する。碍子４０は、外面の少なくとも一部が、高抵抗膜で覆われていることが好ましい。また、当該高抵抗膜の上部は、チャンバ３５２と接続され、チャンバ３５２は接地されていることが好ましい。また、高抵抗膜の下部は、グリッド２０と電気的に接続されていることが好ましい。グリッド２０には、グリッド電源から負電圧が印加され、高抵抗膜の下部には、グリッド２０と略同電位が与えられる。高抵抗膜の上部と高抵抗膜の下部との電位差により、高抵抗膜に微小な電流が流れ、カソード１０から放出された熱電子が碍子４０沿面に蓄積されるの防ぐことができる。
【００１７】
照射切替手段３７０は、複数の電子ビームを独立に集束し、複数の電子ビームの焦点を調整する第２多軸電子レンズ３７４と、複数の電子ビームをそれぞれ独立に偏向させることにより、それぞれの電子ビームをウェハ３９２に照射するか否かを、それぞれの電子ビームに対して独立に切替えるブランキング電極アレイ３７６と、電子ビームを通過させる複数の開口部を含み、ブランキング電極アレイ３７６で偏向された電子ビームを遮蔽する電子ビーム遮蔽部材１３６とを有する。他の例においてブランキング電極アレイ３７６は、ブランキング・アパーチャ・アレイ・デバイスであってもよい。
【００１８】
ウェハ用投影系３８０は、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束し、電子ビームの照射径を縮小する第３多軸電子レンズ３７８と、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束し、複数の電子ビームの焦点を調整する第４多軸電子レンズ３８４と、複数の電子ビームをウェハ３９２の所望の位置に、それぞれの電子ビームに対して独立に偏向する偏向部３８６と、ウェハ３９２に対する対物レンズとして機能し、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束する第５多軸電子レンズ３８８とを有する。
【００１９】
制御系３４０は、統括制御部３３０及び個別制御部３２０を備える。個別制御部３２０は、電子ビーム制御部３３２と、多軸電子レンズ制御部３３４と、成形偏向制御部３３６と、ブランキング電極アレイ制御部３３８と、偏向制御部３４０と、ウェハステージ制御部３４２とを有する。統括制御部３３０は、例えばワークステーションであって、個別制御部３２０に含まれる各制御部を統括制御する。
【００２０】
電子ビーム制御部３３２は、電子ビーム生成装置１００を制御する。多軸電子レンズ制御部３３４は、第１多軸電子レンズ３６４、第２多軸電子レンズ３７４、第３多軸電子レンズ３７８、第４多軸電子レンズ３８４および第５多軸電子レンズ３８８に供給する電流を制御する。成形偏向制御部３３６は、第１成形偏向部３６６および第２成形偏向器３６８を制御する。ブランキング電極アレイ制御部３３８は、ブランキング電極アレイ３７６に含まれる偏向電極に印加する電圧を制御する。偏向制御部３４４は、偏向部３８６に含まれる複数の偏向器が有する偏向電極に印加する電圧を制御する。ウェハステージ制御部３４２は、ウェハステージ駆動部３９８を制御し、ウェハステージ３９６を所定の位置に移動させる。
【００２１】
図２は、電子ビーム生成装置１００の電源系の構成の一例を示す。電子ビーム生成装置１００は、複数のカソード１０、複数のグリッド２０、複数のフィラメント電流源１２、複数の加熱電流調整部２６、複数の電流検出部１６、グリッド制御部１８、グリッド電源２４、カソード微調整部４８、及びカソード電源部３０を有する。カソード電源部３０は、複数のカソード電源３２を有し、複数のカソード電源３２のそれぞれは、図２に示すように、複数のカソード１０に負電圧を印加する。つまり、１つのカソード電源４０を、複数のカソード１０が共有する。以下、一対のカソード１０及びグリッド２０に接続される電源系と、電源系の制御について説明する。
【００２２】
電子ビーム制御部３３２は、それぞれのカソード電源３２が複数のカソード１０に印加する電圧を制御する。カソード１０には、カソード電源３２とカソード微調整部４８とが印加する電圧の和である加速電圧が印加される。カソード微調整部４８は、カソード電源３２が生成することのできる電圧の分解能より小さい分解能で電圧を生成し、カソード１０に印加する。また、カソード微調整部４８は、複数のカソード１０の抵抗値等の個体差に基づいてカソード１０に印加する電圧を変動させるのが好ましい。電子ビーム制御部３３２は、カソード微調整部４８がカソード１０に印加する電圧をそれぞれ制御してよい。また、複数のカソード電源３２は、それぞれが略等しい速度で、同時にカソード１０に印加する電圧を昇圧及び降圧させることが好ましい。複数のカソード電源３２の昇圧及び降圧速度を制御することにより、装置起動時等における放電等を防ぐことができる。
【００２３】
グリッド電源２４は、グリッド２０に、それぞれのグリッド２０が対応するカソード１０の電位に対して更に電圧を印加した電位を与える。グリッド２０には、カソード電源３２が印加する電圧と、グリッド電源２４が印加する電圧との和が印加される。例えば、カソード電源３２は、５０ｋＶの負電圧を発生し、グリッド電源２４は、２ｋＶの負電圧を発生した場合、カソード１０には略５０ｋＶの負電圧が印加され、グリッド２０には略５２ｋＶの負電圧が印加される。
【００２４】
カソード１０は、フィラメント電流源１２から供給されるフィラメント電流により加熱されることにより、熱電子を発生させる。発生した熱電子は、カソード１０に印加される負電圧によりカソード１０から放出される。例えば、第１成形部材３６２やステージ３９６等を接地させてアノードとし、カソード１０と当該アノードとの間に電位差を生じさせることにより、熱電子をウェハ方向に放出させるのが望ましい。加熱電流調整部２６は、フィラメント電流源１２がカソード１０に供給するフィラメント電流を制御する。フィラメント電流を制御することにより、カソードから放出された熱電子量を制御することができるため、電子ビームの電流量を制御することができる。電子ビーム制御部３３２は、加熱電流調整部２６に、生成すべき電子ビームの電流量の情報を与えてよく、加熱電流調整部２６は、当該電子ビームの電流量の情報に基づいて、フィラメント電流源がカソード１０に供給するフィラメント電流を制御してよい。また、電子ビーム生成装置１００は、グリッド２０が形成するべき電子ビームの電流量に基づいて、加熱電流調整部２６が調整するフィラメント電流の電流値を制御する加熱電流制御部を更に有してもよい。カソード１０には、生成した熱電子量に基づいたエミッション電流が流れる。カソード１０から放出された熱電子は、カソード１０より更に負電圧を印加されたグリッド２０により集束される。また、カソード１０に印加される負電圧の電圧値に基づいて、カソード１０から放出される熱電子の量、即ち電子ビームの電流量が変化する。
【００２５】
電流検出部１６は、カソード１０に流れるエミッション電流を検出する。グリッド制御部１８は、電流検出部１６が検出したエミッション電流に基づいて、グリッド電源２４がグリッド２０に印加する電圧を制御し、電子ビームの電流量を制御する。グリッド制御部１８は、例えば検出したエミッション電流をそれぞれ略一定値に保つように、グリッド電源２４をそれぞれ制御してよい。電子ビーム制御部３３２は、生成されるべき電子ビームの電流量に基づいて、グリッド制御部１８を制御する。例えば、電子ビーム制御部３３２は、予め定められた電子ビームの電流量を保つように、グリッド制御部１８が制御するグリッド電源２４における電圧値を制御する。グリッド制御部１８は、例えば複数のカソード１０に流れるエミッション電流のそれぞれを略一定値に保つように、グリッド電源２４における電圧値を制御する。複数のカソード１０に流れるエミッション電流のそれぞれを略一定値に保つように、グリッド電源２４における電圧値を制御することにより、それぞれの電子ビームの電流量を、フィラメント電流量の１パラメータを制御することにより調整することができる。
【００２６】
以上、一対のカソード１０及びグリッド２０に接続される電源系と、電源系の制御について説明したが、他のカソード１０及びグリッド２０の対に接続される電源系と、電源系の制御も同様の機能を有し、又同様の動作を行う。以上説明した電子ビーム生成装置１００によれば、複数のカソード１０が放出する熱電子量及び、複数のグリッドが形成する電子ビームの電流量を、複数のカソード及び複数のグリッド毎に制御することができる。また、それぞれのカソード電源が複数のカソードに電圧を印加し、複数のカソード１０に、電圧を微調整するカソード微小電圧源がそれぞれ接続されているため、複数のカソード１０にそれぞれ大容量の電源を接続する必要が無く、電子ビーム生成装置１００が備えるべき電源の容量を小さくすることができる。以下、それぞれのカソード電源３２が、それぞれ電圧を印加するカソード１０及びグリッド２０の配置について説明する。
【００２７】
図３は、碍子４０に設けられた複数のカソード１０及び複数のグリッド２０の配置の一例の説明図である。図３（ａ）は、碍子４０の断面図であり、図３（ｂ）は、複数のカソード及び複数のグリッドが設けられた碍子４０の底面を示す。図３（ａ）に示すように、碍子４０の底面に設けられた複数のカソード１０及び複数のグリッド２０は、図３（ｂ）に示すように、マトリクス状に設けられる。本例においては、図３（ｂ）において点線で囲まれた同一の領域にあるカソード１０及びグリッド２０に、同一のカソード電源３２から電圧が印加される。つまり、マトリクスの中心から略等距離にある複数のカソード１０及び複数のグリッド２０に、１つのカソード電源から略等しい電圧が印加される。
【００２８】
図３（ｂ）に示すように、同一のカソード電源３２から電圧が印加される複数のカソード１０には、マトリクスの中心からの距離に基づいた電圧が印加される。例えば、碍子４０の底面において、温度分布に偏りがある場合であっても、マトリクスの中心からの距離に基づいて、電圧を印加することにより、温度分布の偏りの影響を排除し、電子ビームの電流量を制御することができる。
【００２９】
また、電子ビーム生成装置１００は、複数のグリッド２０の最外周のグリッド２０より更に外側の、複数のグリッド２０が設けられた碍子４０の底面と略同一面内に、碍子４０の底面と略垂直な方向において、最外周のグリッド２０と略等しい高さの第１ダミー電極３４を更に備えることが好ましい。第１ダミー電極は、図３（ｂ）に示すように、複数のカソード１０及び複数のグリッド２０の外周に、複数のカソード１０及び複数のグリッド２０を囲むように設けられていることが好ましい。最外周のグリッド２０と略等しい高さの第１ダミー電極３４を備えることにより、複数のカソード１０及び複数のグリッド２０に印加される電圧に基づいて、最外周のグリッド２０周辺に発生する電界と、他のグリッド２０周辺に発生する電界との均一性を保つことができる。グリッド２０周辺に発生する電界との均一性を保つことにより、複数のカソード１０及び複数のグリッド２０から照射される複数の電子ビームの電流量を精度よく制御することができる。また、電界の均一性を保つことにより、電界集中による放電を防ぐことができる。第１ダミー電極３４は、複数のグリッド２０が設けられた面から、複数のグリッド２０が設けられた方向と略逆方向に突出する突出部を含むことが好ましい。図３（ａ）に示すように、第１ダミー電極３４が突出部を有し、当該突出部が碍子４０の側面の一部を覆うため、カソード１０から放出された熱電子が碍子４０の側面に到達し、碍子４０の側面における熱電子の蓄積を防ぎ、熱電子の蓄積による放電を抑制することができる。
【００３０】
また、碍子４０は、碍子の外面の少なくとも一部を覆う高抵抗膜４２と、高抵抗膜４２の上部と電気的に接続された第１電極３６と、高抵抗膜４２の下部と電気的に接続された第２電極３８とを有し、第２電極３８は、複数のグリッド２０の内の１つと、第１ダミー電極３４を介して電気的に接続され、接続されたグリッド２０と略同一の電位が与えられ、第２電極３８は、略零電位が与えられることが好ましい。第２電極３８と第１電極３６との電位差により高抵抗膜４２に微小な電流が流れ、碍子４０の側面に到達する熱電子の蓄積を防ぐことができ、熱電子の蓄積による放電を防ぐことができる。高抵抗膜の抵抗値は、グリッド電圧源２４に対して過負荷とならない程度の電流を流す抵抗値であることが好ましい。例えば、グリッド３０に５０ｋＶの負電圧が与えられた場合、高抵抗膜２０の上部と高抵抗膜２０の下部との間の抵抗値を０．５ＧΩから５００ＧΩ程度にすることが好ましい。この場合、高抵抗膜の上部と下部の間には、０．１μＡから１００μＡ程度の電流が流れ、高抵抗膜２０における熱電子による電荷の蓄積を防ぎ、且つグリッド電圧源２４に過負荷とはならない。また、高抵抗膜２０は、酸化インジウム等の金属酸化物を含むことが好ましい。この場合、高抵抗膜２０は、硝子質物質に酸化インジウム略均等に混合したものであってよい。高抵抗膜２０が酸化インジウムを含むことにより、高抵抗膜２０の上部と高抵抗膜２０の下部との間の抵抗値を０．５ＧΩから５００ＧΩ程度である高抵抗膜２０を容易に生成することができる。
【００３１】
また、電子ビーム生成装置１００は、碍子４０により複数のカソード１０及び複数のグリッド２０と絶縁された空間に設けられ、第１ダミー電極３４と電気的に接続される第２ダミー電極５０を更に備えることが好ましい。第２ダミー電極５０は、カソード１０とカソード電源部３０とを接続する接続部４４を囲むように設けられていることが好ましい。接続部４４は、カソード電源部３０のカソード電源３２がカソード１０に電圧を印加するためのケーブルと、カソード１０が電圧を受け取るためのケーブルとを接続する。例えば接続部４４は、コネクタ等であってよい。接続部４４は、それぞれのカソード１０に対応して複数設けられてよく、また、１つの接続部４４が、１つのカソード電源３２と複数のカソード１０とを接続してよい。また、第２ダミー電極５０は、当該ケーブルを通過させるためのケーブル通過部５２を有してよい。第２ダミー電極５０を設けることにより、碍子４０における電界集中を緩和することができ、また、接続部４４周辺の電界を緩和することができる。
【００３２】
また、１つのカソード電源３２が負電圧を印加する複数のカソードに、それぞれフィラメント電流を与えるための複数のカソードケーブルと、１つのカソード電源３２が負電圧を印加する複数のカソード１０にそれぞれ対応した複数のグリッド２０と複数のグリッド電源２４とを電気的に接続する複数のグリッドケーブルとは、１本の高圧ケーブル５４に含まれるのが好ましい。この場合、高圧ケーブルは、複数のグリッドケーブルをそれぞれ絶縁する絶縁部と、絶縁部を囲むように設けられ、当該複数のカソードケーブルに接続された複数のカソード１０のいずれかに与えられた電位と略等電位に保たれるシールド部とを有することが好ましい。
【００３３】
また、複数のカソード１０のそれぞれの表面積は、３．５平方ミリ以下であり、それぞれの体積は、０．２立方ミリ以上であることが好ましい。例えば、それぞれのカソード１０は、熱電子を放出する熱電子放出材料と、熱電子放出材料の両側面に設けられた２個のヒータを有する場合、複数のカソード１０のそれぞれの表面積は、３．５平方ミリ以下であり、それぞれの体積は、０．２立方ミリ以上にすることにより、加熱のための消費電力を２Ｗ以下とすることができる。このため、電子ビーム生成装置１００を低発熱で動作させることができ、温度上昇による、チャンバ３５２内部の真空度の劣化を防ぎ、電子ビームを精度よく制御することができる。また、カソード１０の寸法を上記寸法にすることにより、カソード１０を機械的に保持することが可能となり、また、保持するための接触圧力の増加及び電気的な接触抵抗の増加等の問題を回避することができる。
【００３４】
また、電子ビーム生成装置１００は、碍子４０により複数のカソード１０及び複数のグリッド２０から絶縁された空間に、絶縁ガス又は絶縁冷媒を還流させる還流部６４を更に備えることが好ましい。還流部６４は、例えば、フッ素系不活性液体等の冷媒や、６フッ化硫黄等の絶縁ガスを還流させる。また、還流部６４は、６フッ化硫黄等の絶縁ガスを加圧し、還流させることが好ましい。また、電子ビーム生成装置１００は、碍子４０の温度を略一定温度に保つように、還流部６４における絶縁ガス又は絶縁冷媒の還流量を制御する温度制御部４６を更に備えることが好ましい。碍子４０内部の空間を略一定温度に保つことにより、カソード１０等が設けられた碍子４０の底面の熱膨張等を小さくすることができ、電子ビームの光軸を安定させることができる。
【００３５】
また、複数のグリッド２０は、所定のグリッド２０と所定のグリッド２０に隣接するグリッド２０との空間距離に基づく絶縁耐圧が、碍子４０の所定のグリッド２０と所定のグリッド２０に隣接するグリッド２０とが設けられた碍子４０沿面に基づく絶縁耐圧より低くなるように配置されていることが好ましい。
【００３６】
図４は、所定のグリッド２０と、所定のグリッド２０に隣接するグリッド２０との絶縁耐圧の説明図である。図４において、所定のグリッド２０ａと所定のグリッド２０ｂとの空間距離をＬ１とする。それぞれのカソード１０は、絶縁部５８に設けられ、絶縁部５８と碍子４０の底面との間に、コネクタ部５６が設けられている。カソード１０及びグリッド２０は、コネクタ部５６を介してカソード電源３２及びグリッド電源２４と電気的に接続されている。本例においては、空間距離Ｌ１に基づく絶縁耐圧が、図４の点線６０で示される、碍子４０、コネクタ部５６、及び絶縁部５８の沿面の絶縁耐圧より小さくなるよう、複数のグリッド２０が配置されている。点線６０で示される経路における絶縁耐圧より、空間距離Ｌ１に基づく絶縁耐圧を小さくすることにより、放電時に、それぞれのグリッド２０間の碍子４０、コネクタ部５６、及び絶縁部５８の沿面における絶縁破壊を防ぐことができる。また、それぞれのグリッド間の距離Ｌ１を、それぞれの絶縁部５８間の距離Ｌ２より小さくすることが好ましい。また、図４に示すように、グリッド２０の先端部はフレンジ状であることが好ましい。
【００３７】
図５は、本発明における電子ビーム露光装置３００の簡略図である。電子ビーム生成装置３００は、電子ビーム生成装置１００、偏向器である第１成形偏向部３６６、偏向器である第２成形偏向部３６８、及びステージ３９６を格納するチャンバ３５２と、チャンバ３５２内を減圧する減圧手段６２とを更に備え、チャンバ３５２内の、減圧手段６２により減圧された空間である真空領域は、高抵抗膜又は導電体で囲まれている。減圧手段６２は、チャンバ３５２の真空領域を７．５×１０−１１Ｐａ（１×１０−８ｔｏｒｒ）程度に減圧できることが好ましい。
【００３８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３９】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明の電子ビーム生成装置１００及び電子ビーム露光装置３００によれば、複数の電子ビームを生成し、ウェハを効率よく露光することができる。また、複数の電子ビームをそれぞれ独立して精度よく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置３００の構成を示す。
【図２】 電子ビーム生成装置１００の電源系の構成の一例を示す。
【図３】 １つの碍子４０に設けられた複数のカソード１０及び複数のグリッド２０の配置の一例の説明図である。
【図４】 所定のグリッド２０と、所定のグリッド２０に隣接するグリッド２０との絶縁耐圧の説明図である。
【図５】 本発明における電子ビーム露光装置３００の簡略図である。
【符号の説明】
１０・・・カソード、１２・・・フィラメント電流源
１６・・・エミッション電流検出部、１８・・・グリッド制御部
２０・・・グリッド、２４・・・グリッド電源
２６・・・加熱電流調整部、３０・・・カソード電源部
３２・・・カソード電源、３４・・・第１ダミー電極
３６・・・第１電極、３８・・・第２電極
４０・・・碍子、４２・・・高抵抗膜
４４・・・接続部、４６・・・温度制御部
４８・・・カソード微調整部、５０・・・第２ダミー電極
５２・・・ケーブル通過部、５４・・・高圧ケーブル
５６・・・コネクタ部、５８・・・絶縁部
６２・・・減圧手段、６４・・・還流部、１００・・・電子ビーム生成装置
３００・・・電子ビーム露光装置、３２０・・・個別制御部
３３０・・・統括制御部、３３２・・・電子ビーム制御部
３３４・・・多軸電子レンズ制御部、３３６・・・成形偏向制御部
３３８・・・ブランキング電極アレイ制御部、３４０・・・制御系
３４２・・・ウェハステージ制御部、３４４・・・偏向制御部
３５０・・・露光部、３５２・・・チャンバ
３６０・・・電子ビーム成形手段、３６２・・・第１成形部材
３６４・・・第１多軸電子レンズ、３６６・・・第１成形偏向部
３６８・・・第２成形偏向部、３７０・・・照射切替手段
３７２・・・第２成形部材、３７４・・・第２多軸電子レンズ
３７６・・・ブランキング電極アレイ、３７８・・・第３多軸電子レンズ
３８０・・・ウェハ用投影系、３８２・・・電子ビーム遮蔽部材
３８４・・・第４多軸電子レンズ、３８６・・・偏向部
３８８・・・第５多軸電子レンズ、３９２・・・ウェハ
３９６・・・ウェハステージ、３９８・・・ウェハステージ駆動部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームによりウェハを露光する電子ビーム露光装置に関する。特に、複数の電子ビームを生成し、ウェハを露光する電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子ビーム生成装置は、熱電子を生成するカソードと、カソードが生成した熱電子を集束させ、１本の電子ビームを生成するグリッドと、カソード及びグリッドを固定する碍子とを有する電子銃を１つ備えていた。そして、１つの電子銃より生成した電子ビームによりウェハを露光していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年の半導体素子の需要の拡大に伴い、半導体素子の生産速度の向上が望まれているが、従来の電子ビーム露光装置では、１本の電子ビームによりウェハを露光し、半導体素子を生成していたため、十分な生産速度を得ることが困難であった。また、上記した電子銃を単に複数備え、複数の電子ビームを生成した場合には、複数の電子銃を個別に制御することが困難であり、また、複数の電子ビームを生成した場合に生じる多量の熱電子による放電を押さえることが困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、複数の電子ビームを生成する電子ビーム生成装置であって、熱電子を発生させる複数のカソードと、カソードに負電圧を印加し、カソードから熱電子を放出させるカソード電源部と、複数のカソードのそれぞれに対応し、複数のカソードのそれぞれから放出された熱電子をそれぞれ集束させ、複数の電子ビームを形成する複数のグリッドと、複数のカソード及び複数のグリッドが設けられた碍子とを備えることを特徴とする電子ビーム生成装置を提供する。
【０００５】
本発明の第１の形態においては、カソード電源部は、複数のカソード電源を有し、複数のカソード電源のそれぞれは、複数のカソードに、負電圧を印加してよい。また、複数のカソードはマトリクス状に設けられ、同一のカソード電源から電圧が印加される複数のカソードには、マトリクスの中心からの距離に基づいた電圧が印加されてよい。また、複数のグリッドの最外周のグリッドより更に外側の、複数のグリッドが設けられた面と略同一面内に、複数のグリッドが設けられた面と略垂直な方向において、最外周のグリッドと略等しい高さの第１ダミー電極を更に備えてよい。
【０００６】
第１ダミー電極は、複数のグリッドが設けられた面から、複数のグリッドが設けられた方向と略逆方向に突出する突出部を含んでよい。また、碍子は、碍子の外面の少なくとも一部を覆う高抵抗膜と、高抵抗膜の上部と電気的に接続された第１電極と、高抵抗膜の下部と電気的に接続された第２電極とを有し、第２電極は、複数のグリッドの内の１つと、第１ダミー電極を介して電気的に接続され、接続されたグリッドと略同一の電位が与えられ、第２電極は、略零電位が与えられてよい。また、碍子により複数のカソード及び複数のグリッドと絶縁された空間に設けられ、第１ダミー電極と電気的に接続される第２ダミー電極を更に備えてよい。また、第２ダミー電極は、カソードとカソード電源部とを接続する接続部を囲むように設けられてよい。
【０００７】
複数のグリッドは、所定のグリッドと所定のグリッドに隣接するグリッドとの空間距離に基づく絶縁耐圧が、碍子の所定のグリッドと所定のグリッドに隣接するグリッドとが設けられた碍子沿面に基づく絶縁耐圧より低くなるように配置されてよい。また、それぞれのカソードに対応して設けられ、それぞれのカソードに印加される電圧を、カソード電源が生成する電圧の分解能より細かい分解能で、それぞれ調整する複数のカソード電圧微調整部を更に備えてよい。また、それぞれのグリッドに対応するカソードの電位に対して、それぞれのグリッドに電圧を印加する、複数のグリッド電源を更に備えてよい。
【０００８】
また、複数のカソードがそれぞれ生成した熱電子量に基づいて、それぞれのカソードに流れるエミッション電流を検出し、検出したエミッション電流をそれぞれ略一定値に保つように、複数のグリッド電源をそれぞれ制御する複数のグリッド制御部を更に備えてよい。また、複数のカソードに、カソードを加熱するためのフィラメント電流をそれぞれ与える複数のフィラメント電流源と、それぞれのカソードにおけるフィラメント電流の電流値を調整する複数の加熱電流調整部と、
複数のグリッドが形成するべき複数の電子ビームの電流量に基づいて、それぞれの加熱電流調整部が調整するフィラメント電流の電流値を制御する加熱電流制御部とを更に備えてよい。また、１つのカソード電源が負電圧を印加する複数のカソードに、それぞれフィラメント電流を与えるための複数のカソードケーブルと、１つのカソード電源が負電圧を印加する複数のカソードにそれぞれ対応した複数のグリッドと複数のグリッド電源とを電気的に接続する複数のグリッドケーブルと、複数のグリッドケーブルをそれぞれ絶縁するための絶縁部と、絶縁部を囲むように設けられ、カソードのいずれかに与えられた電位と略等電位に保たれるシールド部とを有する高圧ケーブル部を更に備えてよい。
【０００９】
また、カソードの表面積は、３．５平方ミリ以下であり、カソードの体積は、０．２立方ミリ以上であることが好ましい。また、碍子により、複数のカソード及び複数のグリッドから絶縁された空間に、絶縁ガス又は絶縁冷媒を還流させる還流部を更に備えてよい。また、碍子の温度を略一定温度に保つように、還流部における絶縁ガス又は絶縁冷媒の還流量を制御する温度制御部を更に備えてよい。
【００１０】
本発明の第２の形態においては、電子ビームによりウェハを露光する電子ビーム露光装置であって、電子ビームを生成する電子ビーム生成装置と、電子ビームをウェハの所望の位置に偏向させる偏向器と、ウェハを載置するステージとを備え、電子ビーム生成装置は、熱電子を発生させる複数のカソードと、カソードに負電圧を印加し、カソードから熱電子を放出させるカソード電源部と、複数のカソードのそれぞれに対応し、複数のカソードのそれぞれから放出された熱電子をそれぞれ集束させ、複数の電子ビームを形成する複数のグリッドと、複数のカソード及び複数のグリッドが設けられた碍子とを有することを特徴とする電子ビーム露光装置を提供する。電子ビーム生成装置、偏向器、及びステージを格納するチャンバと、チャンバ内を減圧する減圧手段とを更に備え、チャンバ内の、減圧手段により減圧された空間である真空領域は、高抵抗膜又は導電体で囲まれていてよい。
【００１１】
尚、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又、発明となりうる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置３００の構成を示す。電子ビーム露光装置３００は、電子ビームによりウェハ３９２に所定の露光処理を施す露光部３５０と、露光部３５０に含まれる各構成の動作を制御する制御系３４０とを備える。
【００１４】
露光部３５０は、チャンバ３５２内部において複数の電子ビームを発生し、電子ビームの断面形状を所望に成形する電子ビーム成形手段３６０と、複数の電子ビームをウェハ３９２に照射するか否かを、それぞれの電子ビームに対して独立に切替える照射切替手段３７０と、ウェハ３９２に転写されるパターンの像の向き及びサイズを調整するウェハ用投影系３８０を含む電子光学系を備える。また、露光部３５０は、パターンを露光すべきウェハ３９２を載置するウェハステージ３９６と、ウェハステージ３９６を駆動するウェハステージ駆動部とを含むステージ系を備える。
【００１５】
電子ビーム成形手段３６０は、複数の電子ビームを発生させる電子ビーム生成装置１００と、電子ビームを通過させることにより、照射された電子ビームの断面形状を成形する複数の開口部を有する第１成形部材３６２および第２成形部材３７２と、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束し、複数の電子ビームの焦点を調整する第１多軸電子レンズ３６４と、第１成形部材３６２を通過した複数の電子ビームを独立に偏向する第１成形偏向部３６６および第２成形偏向部３６８とを有する。
【００１６】
電子ビーム生成装置１００は、熱電子を発生させる複数のカソード１０と、カソード１０に負電圧を印加し、カソード１０から熱電子を放出させるカソード電源部（図示せず）と、複数のカソード１０のそれぞれに対応し、複数のカソード１０のそれぞれから放出された熱電子をそれぞれ集束させ、複数の電子ビームを形成する複数のグリッド２０と、それぞれのグリッド２０に対応するカソード１０の電位に対して、それぞれのグリッド２０に電圧を印加する複数のグリッド電源（図示せず）と、複数のカソード１０及び複数のグリッド２０が設けられた碍子４０とを有する。碍子４０は、外面の少なくとも一部が、高抵抗膜で覆われていることが好ましい。また、当該高抵抗膜の上部は、チャンバ３５２と接続され、チャンバ３５２は接地されていることが好ましい。また、高抵抗膜の下部は、グリッド２０と電気的に接続されていることが好ましい。グリッド２０には、グリッド電源から負電圧が印加され、高抵抗膜の下部には、グリッド２０と略同電位が与えられる。高抵抗膜の上部と高抵抗膜の下部との電位差により、高抵抗膜に微小な電流が流れ、カソード１０から放出された熱電子が碍子４０沿面に蓄積されるの防ぐことができる。
【００１７】
照射切替手段３７０は、複数の電子ビームを独立に集束し、複数の電子ビームの焦点を調整する第２多軸電子レンズ３７４と、複数の電子ビームをそれぞれ独立に偏向させることにより、それぞれの電子ビームをウェハ３９２に照射するか否かを、それぞれの電子ビームに対して独立に切替えるブランキング電極アレイ３７６と、電子ビームを通過させる複数の開口部を含み、ブランキング電極アレイ３７６で偏向された電子ビームを遮蔽する電子ビーム遮蔽部材１３６とを有する。他の例においてブランキング電極アレイ３７６は、ブランキング・アパーチャ・アレイ・デバイスであってもよい。
【００１８】
ウェハ用投影系３８０は、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束し、電子ビームの照射径を縮小する第３多軸電子レンズ３７８と、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束し、複数の電子ビームの焦点を調整する第４多軸電子レンズ３８４と、複数の電子ビームをウェハ３９２の所望の位置に、それぞれの電子ビームに対して独立に偏向する偏向部３８６と、ウェハ３９２に対する対物レンズとして機能し、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束する第５多軸電子レンズ３８８とを有する。
【００１９】
制御系３４０は、統括制御部３３０及び個別制御部３２０を備える。個別制御部３２０は、電子ビーム制御部３３２と、多軸電子レンズ制御部３３４と、成形偏向制御部３３６と、ブランキング電極アレイ制御部３３８と、偏向制御部３４０と、ウェハステージ制御部３４２とを有する。統括制御部３３０は、例えばワークステーションであって、個別制御部３２０に含まれる各制御部を統括制御する。
【００２０】
電子ビーム制御部３３２は、電子ビーム生成装置１００を制御する。多軸電子レンズ制御部３３４は、第１多軸電子レンズ３６４、第２多軸電子レンズ３７４、第３多軸電子レンズ３７８、第４多軸電子レンズ３８４および第５多軸電子レンズ３８８に供給する電流を制御する。成形偏向制御部３３６は、第１成形偏向部３６６および第２成形偏向器３６８を制御する。ブランキング電極アレイ制御部３３８は、ブランキング電極アレイ３７６に含まれる偏向電極に印加する電圧を制御する。偏向制御部３４４は、偏向部３８６に含まれる複数の偏向器が有する偏向電極に印加する電圧を制御する。ウェハステージ制御部３４２は、ウェハステージ駆動部３９８を制御し、ウェハステージ３９６を所定の位置に移動させる。
【００２１】
図２は、電子ビーム生成装置１００の電源系の構成の一例を示す。電子ビーム生成装置１００は、複数のカソード１０、複数のグリッド２０、複数のフィラメント電流源１２、複数の加熱電流調整部２６、複数の電流検出部１６、グリッド制御部１８、グリッド電源２４、カソード微調整部４８、及びカソード電源部３０を有する。カソード電源部３０は、複数のカソード電源３２を有し、複数のカソード電源３２のそれぞれは、図２に示すように、複数のカソード１０に負電圧を印加する。つまり、１つのカソード電源４０を、複数のカソード１０が共有する。以下、一対のカソード１０及びグリッド２０に接続される電源系と、電源系の制御について説明する。
【００２２】
電子ビーム制御部３３２は、それぞれのカソード電源３２が複数のカソード１０に印加する電圧を制御する。カソード１０には、カソード電源３２とカソード微調整部４８とが印加する電圧の和である加速電圧が印加される。カソード微調整部４８は、カソード電源３２が生成することのできる電圧の分解能より小さい分解能で電圧を生成し、カソード１０に印加する。また、カソード微調整部４８は、複数のカソード１０の抵抗値等の個体差に基づいてカソード１０に印加する電圧を変動させるのが好ましい。電子ビーム制御部３３２は、カソード微調整部４８がカソード１０に印加する電圧をそれぞれ制御してよい。また、複数のカソード電源３２は、それぞれが略等しい速度で、同時にカソード１０に印加する電圧を昇圧及び降圧させることが好ましい。複数のカソード電源３２の昇圧及び降圧速度を制御することにより、装置起動時等における放電等を防ぐことができる。
【００２３】
グリッド電源２４は、グリッド２０に、それぞれのグリッド２０が対応するカソード１０の電位に対して更に電圧を印加した電位を与える。グリッド２０には、カソード電源３２が印加する電圧と、グリッド電源２４が印加する電圧との和が印加される。例えば、カソード電源３２は、５０ｋＶの負電圧を発生し、グリッド電源２４は、２ｋＶの負電圧を発生した場合、カソード１０には略５０ｋＶの負電圧が印加され、グリッド２０には略５２ｋＶの負電圧が印加される。
【００２４】
カソード１０は、フィラメント電流源１２から供給されるフィラメント電流により加熱されることにより、熱電子を発生させる。発生した熱電子は、カソード１０に印加される負電圧によりカソード１０から放出される。例えば、第１成形部材３６２やステージ３９６等を接地させてアノードとし、カソード１０と当該アノードとの間に電位差を生じさせることにより、熱電子をウェハ方向に放出させるのが望ましい。加熱電流調整部２６は、フィラメント電流源１２がカソード１０に供給するフィラメント電流を制御する。フィラメント電流を制御することにより、カソードから放出された熱電子量を制御することができるため、電子ビームの電流量を制御することができる。電子ビーム制御部３３２は、加熱電流調整部２６に、生成すべき電子ビームの電流量の情報を与えてよく、加熱電流調整部２６は、当該電子ビームの電流量の情報に基づいて、フィラメント電流源がカソード１０に供給するフィラメント電流を制御してよい。また、電子ビーム生成装置１００は、グリッド２０が形成するべき電子ビームの電流量に基づいて、加熱電流調整部２６が調整するフィラメント電流の電流値を制御する加熱電流制御部を更に有してもよい。カソード１０には、生成した熱電子量に基づいたエミッション電流が流れる。カソード１０から放出された熱電子は、カソード１０より更に負電圧を印加されたグリッド２０により集束される。また、カソード１０に印加される負電圧の電圧値に基づいて、カソード１０から放出される熱電子の量、即ち電子ビームの電流量が変化する。
【００２５】
電流検出部１６は、カソード１０に流れるエミッション電流を検出する。グリッド制御部１８は、電流検出部１６が検出したエミッション電流に基づいて、グリッド電源２４がグリッド２０に印加する電圧を制御し、電子ビームの電流量を制御する。グリッド制御部１８は、例えば検出したエミッション電流をそれぞれ略一定値に保つように、グリッド電源２４をそれぞれ制御してよい。電子ビーム制御部３３２は、生成されるべき電子ビームの電流量に基づいて、グリッド制御部１８を制御する。例えば、電子ビーム制御部３３２は、予め定められた電子ビームの電流量を保つように、グリッド制御部１８が制御するグリッド電源２４における電圧値を制御する。グリッド制御部１８は、例えば複数のカソード１０に流れるエミッション電流のそれぞれを略一定値に保つように、グリッド電源２４における電圧値を制御する。複数のカソード１０に流れるエミッション電流のそれぞれを略一定値に保つように、グリッド電源２４における電圧値を制御することにより、それぞれの電子ビームの電流量を、フィラメント電流量の１パラメータを制御することにより調整することができる。
【００２６】
以上、一対のカソード１０及びグリッド２０に接続される電源系と、電源系の制御について説明したが、他のカソード１０及びグリッド２０の対に接続される電源系と、電源系の制御も同様の機能を有し、又同様の動作を行う。以上説明した電子ビーム生成装置１００によれば、複数のカソード１０が放出する熱電子量及び、複数のグリッドが形成する電子ビームの電流量を、複数のカソード及び複数のグリッド毎に制御することができる。また、それぞれのカソード電源が複数のカソードに電圧を印加し、複数のカソード１０に、電圧を微調整するカソード微小電圧源がそれぞれ接続されているため、複数のカソード１０にそれぞれ大容量の電源を接続する必要が無く、電子ビーム生成装置１００が備えるべき電源の容量を小さくすることができる。以下、それぞれのカソード電源３２が、それぞれ電圧を印加するカソード１０及びグリッド２０の配置について説明する。
【００２７】
図３は、碍子４０に設けられた複数のカソード１０及び複数のグリッド２０の配置の一例の説明図である。図３（ａ）は、碍子４０の断面図であり、図３（ｂ）は、複数のカソード及び複数のグリッドが設けられた碍子４０の底面を示す。図３（ａ）に示すように、碍子４０の底面に設けられた複数のカソード１０及び複数のグリッド２０は、図３（ｂ）に示すように、マトリクス状に設けられる。本例においては、図３（ｂ）において点線で囲まれた同一の領域にあるカソード１０及びグリッド２０に、同一のカソード電源３２から電圧が印加される。つまり、マトリクスの中心から略等距離にある複数のカソード１０及び複数のグリッド２０に、１つのカソード電源から略等しい電圧が印加される。
【００２８】
図３（ｂ）に示すように、同一のカソード電源３２から電圧が印加される複数のカソード１０には、マトリクスの中心からの距離に基づいた電圧が印加される。例えば、碍子４０の底面において、温度分布に偏りがある場合であっても、マトリクスの中心からの距離に基づいて、電圧を印加することにより、温度分布の偏りの影響を排除し、電子ビームの電流量を制御することができる。
【００２９】
また、電子ビーム生成装置１００は、複数のグリッド２０の最外周のグリッド２０より更に外側の、複数のグリッド２０が設けられた碍子４０の底面と略同一面内に、碍子４０の底面と略垂直な方向において、最外周のグリッド２０と略等しい高さの第１ダミー電極３４を更に備えることが好ましい。第１ダミー電極は、図３（ｂ）に示すように、複数のカソード１０及び複数のグリッド２０の外周に、複数のカソード１０及び複数のグリッド２０を囲むように設けられていることが好ましい。最外周のグリッド２０と略等しい高さの第１ダミー電極３４を備えることにより、複数のカソード１０及び複数のグリッド２０に印加される電圧に基づいて、最外周のグリッド２０周辺に発生する電界と、他のグリッド２０周辺に発生する電界との均一性を保つことができる。グリッド２０周辺に発生する電界との均一性を保つことにより、複数のカソード１０及び複数のグリッド２０から照射される複数の電子ビームの電流量を精度よく制御することができる。また、電界の均一性を保つことにより、電界集中による放電を防ぐことができる。第１ダミー電極３４は、複数のグリッド２０が設けられた面から、複数のグリッド２０が設けられた方向と略逆方向に突出する突出部を含むことが好ましい。図３（ａ）に示すように、第１ダミー電極３４が突出部を有し、当該突出部が碍子４０の側面の一部を覆うため、カソード１０から放出された熱電子が碍子４０の側面に到達し、碍子４０の側面における熱電子の蓄積を防ぎ、熱電子の蓄積による放電を抑制することができる。
【００３０】
また、碍子４０は、碍子の外面の少なくとも一部を覆う高抵抗膜４２と、高抵抗膜４２の上部と電気的に接続された第１電極３６と、高抵抗膜４２の下部と電気的に接続された第２電極３８とを有し、第２電極３８は、複数のグリッド２０の内の１つと、第１ダミー電極３４を介して電気的に接続され、接続されたグリッド２０と略同一の電位が与えられ、第２電極３８は、略零電位が与えられることが好ましい。第２電極３８と第１電極３６との電位差により高抵抗膜４２に微小な電流が流れ、碍子４０の側面に到達する熱電子の蓄積を防ぐことができ、熱電子の蓄積による放電を防ぐことができる。高抵抗膜の抵抗値は、グリッド電圧源２４に対して過負荷とならない程度の電流を流す抵抗値であることが好ましい。例えば、グリッド３０に５０ｋＶの負電圧が与えられた場合、高抵抗膜２０の上部と高抵抗膜２０の下部との間の抵抗値を０．５ＧΩから５００ＧΩ程度にすることが好ましい。この場合、高抵抗膜の上部と下部の間には、０．１μＡから１００μＡ程度の電流が流れ、高抵抗膜２０における熱電子による電荷の蓄積を防ぎ、且つグリッド電圧源２４に過負荷とはならない。また、高抵抗膜２０は、酸化インジウム等の金属酸化物を含むことが好ましい。この場合、高抵抗膜２０は、硝子質物質に酸化インジウム略均等に混合したものであってよい。高抵抗膜２０が酸化インジウムを含むことにより、高抵抗膜２０の上部と高抵抗膜２０の下部との間の抵抗値を０．５ＧΩから５００ＧΩ程度である高抵抗膜２０を容易に生成することができる。
【００３１】
また、電子ビーム生成装置１００は、碍子４０により複数のカソード１０及び複数のグリッド２０と絶縁された空間に設けられ、第１ダミー電極３４と電気的に接続される第２ダミー電極５０を更に備えることが好ましい。第２ダミー電極５０は、カソード１０とカソード電源部３０とを接続する接続部４４を囲むように設けられていることが好ましい。接続部４４は、カソード電源部３０のカソード電源３２がカソード１０に電圧を印加するためのケーブルと、カソード１０が電圧を受け取るためのケーブルとを接続する。例えば接続部４４は、コネクタ等であってよい。接続部４４は、それぞれのカソード１０に対応して複数設けられてよく、また、１つの接続部４４が、１つのカソード電源３２と複数のカソード１０とを接続してよい。また、第２ダミー電極５０は、当該ケーブルを通過させるためのケーブル通過部５２を有してよい。第２ダミー電極５０を設けることにより、碍子４０における電界集中を緩和することができ、また、接続部４４周辺の電界を緩和することができる。
【００３２】
また、１つのカソード電源３２が負電圧を印加する複数のカソードに、それぞれフィラメント電流を与えるための複数のカソードケーブルと、１つのカソード電源３２が負電圧を印加する複数のカソード１０にそれぞれ対応した複数のグリッド２０と複数のグリッド電源２４とを電気的に接続する複数のグリッドケーブルとは、１本の高圧ケーブル５４に含まれるのが好ましい。この場合、高圧ケーブルは、複数のグリッドケーブルをそれぞれ絶縁する絶縁部と、絶縁部を囲むように設けられ、当該複数のカソードケーブルに接続された複数のカソード１０のいずれかに与えられた電位と略等電位に保たれるシールド部とを有することが好ましい。
【００３３】
また、複数のカソード１０のそれぞれの表面積は、３．５平方ミリ以下であり、それぞれの体積は、０．２立方ミリ以上であることが好ましい。例えば、それぞれのカソード１０は、熱電子を放出する熱電子放出材料と、熱電子放出材料の両側面に設けられた２個のヒータを有する場合、複数のカソード１０のそれぞれの表面積は、３．５平方ミリ以下であり、それぞれの体積は、０．２立方ミリ以上にすることにより、加熱のための消費電力を２Ｗ以下とすることができる。このため、電子ビーム生成装置１００を低発熱で動作させることができ、温度上昇による、チャンバ３５２内部の真空度の劣化を防ぎ、電子ビームを精度よく制御することができる。また、カソード１０の寸法を上記寸法にすることにより、カソード１０を機械的に保持することが可能となり、また、保持するための接触圧力の増加及び電気的な接触抵抗の増加等の問題を回避することができる。
【００３４】
また、電子ビーム生成装置１００は、碍子４０により複数のカソード１０及び複数のグリッド２０から絶縁された空間に、絶縁ガス又は絶縁冷媒を還流させる還流部６４を更に備えることが好ましい。還流部６４は、例えば、フッ素系不活性液体等の冷媒や、６フッ化硫黄等の絶縁ガスを還流させる。また、還流部６４は、６フッ化硫黄等の絶縁ガスを加圧し、還流させることが好ましい。また、電子ビーム生成装置１００は、碍子４０の温度を略一定温度に保つように、還流部６４における絶縁ガス又は絶縁冷媒の還流量を制御する温度制御部４６を更に備えることが好ましい。碍子４０内部の空間を略一定温度に保つことにより、カソード１０等が設けられた碍子４０の底面の熱膨張等を小さくすることができ、電子ビームの光軸を安定させることができる。
【００３５】
また、複数のグリッド２０は、所定のグリッド２０と所定のグリッド２０に隣接するグリッド２０との空間距離に基づく絶縁耐圧が、碍子４０の所定のグリッド２０と所定のグリッド２０に隣接するグリッド２０とが設けられた碍子４０沿面に基づく絶縁耐圧より低くなるように配置されていることが好ましい。
【００３６】
図４は、所定のグリッド２０と、所定のグリッド２０に隣接するグリッド２０との絶縁耐圧の説明図である。図４において、所定のグリッド２０ａと所定のグリッド２０ｂとの空間距離をＬ１とする。それぞれのカソード１０は、絶縁部５８に設けられ、絶縁部５８と碍子４０の底面との間に、コネクタ部５６が設けられている。カソード１０及びグリッド２０は、コネクタ部５６を介してカソード電源３２及びグリッド電源２４と電気的に接続されている。本例においては、空間距離Ｌ１に基づく絶縁耐圧が、図４の点線６０で示される、碍子４０、コネクタ部５６、及び絶縁部５８の沿面の絶縁耐圧より小さくなるよう、複数のグリッド２０が配置されている。点線６０で示される経路における絶縁耐圧より、空間距離Ｌ１に基づく絶縁耐圧を小さくすることにより、放電時に、それぞれのグリッド２０間の碍子４０、コネクタ部５６、及び絶縁部５８の沿面における絶縁破壊を防ぐことができる。また、それぞれのグリッド間の距離Ｌ１を、それぞれの絶縁部５８間の距離Ｌ２より小さくすることが好ましい。また、図４に示すように、グリッド２０の先端部はフレンジ状であることが好ましい。
【００３７】
図５は、本発明における電子ビーム露光装置３００の簡略図である。電子ビーム生成装置３００は、電子ビーム生成装置１００、偏向器である第１成形偏向部３６６、偏向器である第２成形偏向部３６８、及びステージ３９６を格納するチャンバ３５２と、チャンバ３５２内を減圧する減圧手段６２とを更に備え、チャンバ３５２内の、減圧手段６２により減圧された空間である真空領域は、高抵抗膜又は導電体で囲まれている。減圧手段６２は、チャンバ３５２の真空領域を７．５×１０−１１Ｐａ（１×１０−８ｔｏｒｒ）程度に減圧できることが好ましい。
【００３８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３９】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明の電子ビーム生成装置１００及び電子ビーム露光装置３００によれば、複数の電子ビームを生成し、ウェハを効率よく露光することができる。また、複数の電子ビームをそれぞれ独立して精度よく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置３００の構成を示す。
【図２】 電子ビーム生成装置１００の電源系の構成の一例を示す。
【図３】 １つの碍子４０に設けられた複数のカソード１０及び複数のグリッド２０の配置の一例の説明図である。
【図４】 所定のグリッド２０と、所定のグリッド２０に隣接するグリッド２０との絶縁耐圧の説明図である。
【図５】 本発明における電子ビーム露光装置３００の簡略図である。
【符号の説明】
１０・・・カソード、１２・・・フィラメント電流源
１６・・・エミッション電流検出部、１８・・・グリッド制御部
２０・・・グリッド、２４・・・グリッド電源
２６・・・加熱電流調整部、３０・・・カソード電源部
３２・・・カソード電源、３４・・・第１ダミー電極
３６・・・第１電極、３８・・・第２電極
４０・・・碍子、４２・・・高抵抗膜
４４・・・接続部、４６・・・温度制御部
４８・・・カソード微調整部、５０・・・第２ダミー電極
５２・・・ケーブル通過部、５４・・・高圧ケーブル
５６・・・コネクタ部、５８・・・絶縁部
６２・・・減圧手段、６４・・・還流部、１００・・・電子ビーム生成装置
３００・・・電子ビーム露光装置、３２０・・・個別制御部
３３０・・・統括制御部、３３２・・・電子ビーム制御部
３３４・・・多軸電子レンズ制御部、３３６・・・成形偏向制御部
３３８・・・ブランキング電極アレイ制御部、３４０・・・制御系
３４２・・・ウェハステージ制御部、３４４・・・偏向制御部
３５０・・・露光部、３５２・・・チャンバ
３６０・・・電子ビーム成形手段、３６２・・・第１成形部材
３６４・・・第１多軸電子レンズ、３６６・・・第１成形偏向部
３６８・・・第２成形偏向部、３７０・・・照射切替手段
３７２・・・第２成形部材、３７４・・・第２多軸電子レンズ
３７６・・・ブランキング電極アレイ、３７８・・・第３多軸電子レンズ
３８０・・・ウェハ用投影系、３８２・・・電子ビーム遮蔽部材
３８４・・・第４多軸電子レンズ、３８６・・・偏向部
３８８・・・第５多軸電子レンズ、３９２・・・ウェハ
３９６・・・ウェハステージ、３９８・・・ウェハステージ駆動部
Claims (17)
- 複数の電子ビームを生成する電子ビーム生成装置であって、
熱電子を発生させる複数のカソードと、
前記カソードに負電圧を印加し、前記カソードから前記熱電子を放出させるカソード電源部と、
前記複数のカソードのそれぞれに対応し、前記複数のカソードのそれぞれから放出された前記熱電子をそれぞれ集束させ、前記複数の電子ビームを形成する複数のグリッドと、
前記複数のカソード及び前記複数のグリッドが設けられた碍子と
を備え、
前記カソード電源部は、複数のカソード電源を有し、
前記複数のカソード電源のそれぞれは、複数の前記カソードに、負電圧を印加し、
前記複数のカソードはマトリクス状に設けられ、
同一の前記カソード電源から電圧が印加される複数の前記カソードには、前記マトリクスの中心からの距離に基づいた電圧が印加されることを特徴とする電子ビーム生成装置。 - 前記複数のグリッドの最外周の前記グリッドより更に外側の、前記複数のグリッドが設けられた面と略同一面内に、前記複数のグリッドが設けられた面と略垂直な方向において、最外周の前記グリッドと略等しい高さの第１ダミー電極を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム生成装置。
- 前記第１ダミー電極は、当該第１ダミー電極における前記複数のグリッドが設けられた前記碍子の底面と略同一面から、前記複数のグリッドが設けられた方向と略逆方向に突出する突出部を含み、
前記突出部は、前記碍子の側面の一部を覆うように設けられることを特徴とする請求項２に記載の電子ビーム生成装置。 - 前記碍子は、
前記碍子の外面の少なくとも一部を覆う高抵抗膜と、
前記高抵抗膜の上部と電気的に接続された第１電極と、
前記高抵抗膜の下部と電気的に接続された第２電極と
を有し、
前記第２電極は、複数の前記グリッドの内の１つと、前記第１ダミー電極を介して電気的に接続され、接続された前記グリッドと略同一の電位が与えられ、
前記第２電極は、略零電位が与えられることを特徴とする請求項２に記載の電子ビーム生成装置。 - 前記碍子により複数の前記カソード及び複数の前記グリッドと絶縁された空間に前記カソードと前記カソード電源とを接続する接続部を囲むように設けられ、前記第１ダミー電極と電気的に接続される第２ダミー電極を更に備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の電子ビーム生成装置。
- 前記第２ダミー電極は、前記カソードと前記カソード電源部とを接続する接続部を囲むように設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電子ビーム生成装置。
- 前記複数のグリッドは、所定の前記グリッドと前記所定のグリッドに隣接するグリッドとの空間距離に基づく絶縁耐圧が、前記碍子の前記所定のグリッドと前記所定のグリッドに隣接するグリッドとが設けられた碍子沿面に基づく絶縁耐圧より低くなるように配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電子ビーム生成装置。
- それぞれの前記カソードに対応して設けられ、それぞれの前記カソードに印加される電圧を、前記カソード電源が生成する電圧の分解能より細かい分解能で、それぞれ調整する複数のカソード電圧微調整部を更に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の電子ビーム生成装置。
- それぞれの前記グリッドに対応する前記カソードの電位に対して、それぞれの前記グリッドに電圧を印加する、複数のグリッド電源を更に備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の電子ビーム生成装置。
- 予め定められた電子ビームの電流量を保つように、前記複数のグリッド電源における電圧値をそれぞれ制御する複数のグリッド制御部を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の電子ビーム生成装置。
- 前記複数のカソードに、前記カソードを加熱するためのフィラメント電流をそれぞれ与える複数のフィラメント電流源と、
それぞれの前記カソードにおける前記フィラメント電流の電流値を調整する複数の加熱電流調整部と、
前記複数のグリッドが形成するべき複数の前記電子ビームの電流量に基づいて、それぞれの前記加熱電流調整部が調整する前記フィラメント電流の電流値を制御する加熱電流制御部と
を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の電子ビーム生成装置。 - １つの前記カソード電源が負電圧を印加する複数の前記カソードに、それぞれフィラメント電流を与えるための複数のカソードケーブルと、
１つの前記カソード電源が負電圧を印加する複数の前記カソードにそれぞれ対応した複数の前記グリッドと複数の前記グリッド電源とを電気的に接続する複数のグリッドケーブルと、
前記複数のグリッドケーブルをそれぞれ絶縁するための絶縁部と、
前記絶縁部を囲むように設けられ、前記カソードのいずれかに与えられた電位と略等電位に保たれるシールド部と
を有する高圧ケーブル部を更に備えることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の電子ビーム生成装置。 - 前記カソードの表面積は、３．５平方ミリ以下であり、前記カソードの体積は、０．２立方ミリ以上であることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の電子ビーム生成装置。
- 前記碍子により、複数の前記カソード及び複数の前記グリッドから絶縁された空間に、絶縁ガス又は絶縁冷媒を還流させる還流部を更に備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の電子ビーム生成装置。
- 前記碍子の温度を略一定温度に保つように、前記還流部における前記絶縁ガス又は前記絶縁冷媒の還流量を制御する温度制御部を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載の電子ビーム生成装置。
- 電子ビームによりウェハを露光する電子ビーム露光装置であって、
前記電子ビームを生成する電子ビーム生成装置と、
前記電子ビームを前記ウェハの位置に偏向させる偏向器と、
前記ウェハを載置するステージと
を備え、
前記電子ビーム生成装置は、
熱電子を発生させる複数のカソードと、
前記カソードに負電圧を印加し、前記カソードから前記熱電子を放出させるカソード電源部と、
複数の前記カソードのそれぞれに対応し、複数の前記カソードのそれぞれから放出された前記熱電子をそれぞれ集束させ、複数の前記電子ビームを形成する複数のグリッドと、
複数の前記カソード及び複数の前記グリッドが設けられた碍子と
を有し、
前記カソード電源部は、複数のカソード電源を有し、
前記複数のカソード電源のそれぞれは、複数の前記カソードに、負電圧を印加し、
前記複数のカソードはマトリクス状に設けられ、
同一の前記カソード電源から電圧が印加される複数の前記カソードには、前記マトリクスの中心からの距離に基づいた電圧が印加されることを特徴とする電子ビーム露光装置。 - 前記電子ビーム生成装置、前記偏向器、及び前記ステージを格納するチャンバと、
前記チャンバ内を減圧する減圧手段と
を更に備え、
前記チャンバ内の、前記減圧手段により減圧された空間である真空領域は、高抵抗膜又は導電体で囲まれていることを特徴とする請求項１６に記載の電子ビーム露光装置。
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