JP4541798B2 - 荷電粒子線レンズアレイ、及び該荷電粒子線レンズアレイを用いた荷電粒子線露光装置 - Google Patents

Description

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用いられる荷電粒子線レンズの技術分野に属し、特に電子レンズをアレイ化した電子レンズアレイに関するものである。

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の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。

その方式の一つに、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型露光装置が有り、物理的なマスク作製や交換をなくし、実用化に向けて多くの利点を備えるものである。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。マルチビーム型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。このため電子レンズの性能を高めながら、かつ、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におけるカギのひとつとなる。

マルチビーム型露光装置に用いられる電子レンズアレイの例を示す特許文献として、特開２００４−５５１６６号公報がある。図１４は電子レンズアレイ３００の断面図である。ここで電子レンズアレイ３００は、３枚の電極３０１をファイバ３０２とＳｉ基板に形成された溝３０４とを用いてアライメントすることにより、アインツェルレンズのアレイとして開示している。ファイバ３０２と電子ビーム通過領域の間には導電性のシールド電極３０３が設けられ、ファイバ３０２のチャージアップを防ぐ構造となっている。作製はマイクロメカトロニクス技術を用いて行われる。また、該電子レンズアレイ３００を用いたマルチビーム型露光装置を開示している。

また、他の電子レンズアレイの例を示す特許文献として、特開２００１−３４５２５９号公報がある。図１５は電子レンズアレイ４００の断面図であり、４０１は電極、４０３はシールド電極を示している。ここでは電子レンズアレイ４００は、各電子レンズ間に光軸に平行な方向にシールド電極４０３を設け、各ビーム間のクロストークを防ぐ構造を開示している。ここでも作製はマイクロメカトロニクス技術を用いて行われる。
特開２００４−５５１６６号公報 特開２００１−３４５２５９号公報

本発明は、マルチビーム型露光装置用の電子レンズアレイにおいて、従来のものに改善を試み、クロストークが少なく、高電圧が印加可能な、電子レンズアレイをより簡単な構成で提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の開口をそれぞれ有する上電極、中電極および下電極を順に配置してなる荷電粒子線レンズアレイにおいて、前記上電極と前記中電極の間及び前記中電極と前記下電極の間の少なくとも一方に配置された絶縁体を有し、 前記絶縁体の表面が凹凸形状または波型形状をしていることを特徴としている。

また、本発明は、前記中電極が、前記開口の列ごとに電気的に独立であることを特徴としてもよく、前記凹凸形状または前記波型形状のアスペクト比が２以上であることを特徴としてもよく、前記上電極および前記下電極の少なくともいずれかの電極が前記開口の列ごとにシールド電極を有することを特徴としてもよく、前記シールド電極が円筒形状をしていることを特徴としてもよく、前記シールド電極が前記上電極および前記下電極の少なくともいずれかの電極と電気的に導通していることを特徴としてもよく、前記上電極及び前記下電極の少なくともいずれかの電極が、ＳＯＩ基板からなることを特徴としてもよい。

また、本発明に係る荷電粒子線露光装置は、荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、
前記荷電粒子源の中間像を複数形成する請求項１〜７のいずれかに記載の荷電粒子線レンズアレイを含む補正電子光学系と、前記複数の中間像を露光対象に縮小投影する投影電子光学系と、前記露光対象に投影される前記複数の中間像が前記露光対象上で移動するように偏向する偏向器とを有することを特徴としている。

また、本発明は、複数の開口をそれぞれ有する上電極、中電極および下電極を順に配置してなる荷電粒子線レンズアレイの作成方法において、前記上電極と前記中電極の間及び前記中電極と前記下電極の間の少なくとも一方に配置された絶縁体の表面が凹凸形状または波型形状をしており、前記上電極と前記中電極と前記下電極とをそれぞれ形成する工程と、前記上電極と前記中電極と前記下電極とを接合して一体とする工程とを有することを特徴としてもよい。

また、本発明に係るデバイス製造方法は、上記いずれかの特徴を有する露光装置を用いて、露光対象に露光を行う工程と、露光された前記露光対象を現像する工程と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、クロストークが少なく、高電圧が印加可能な電子レンズアレイをより簡単な構成で提供することが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態について、以下、実施例を挙げ図面を参照しながら詳細に説明する。

＜電子レンズアレイ＞
本発明の実施例に係る電子レンズアレイ５００について図面を用いて説明する。図１-1は電子レンズアレイ５００の概念図であり、３×３のアレイについて示している。この電子レンズアレイ５００は、図中、大きくは、それぞれに複数の開口が形成された上電極５２１、中電極５２２、下電極５２３が順に積層された構造を有する。また、上電極５２１と一体の上シールド電極５２４と下電極５２３と一体の下シールド電極５２５とが、各開口を列ごとに区切るように配置されている。さらに、凹凸形状又は波型形状を有する絶縁体５２６が中電極５２２と上シールド電極５２４を電気的に絶縁するように設置されている。同様に、絶縁体５２６は中電極５２２と下シールド電極５２５とを絶縁している。絶縁体５２６の詳細について図１-2に示した。絶縁体５２６は上シールド電極５２４若しくは下シールド電極５２５に平行な溝５２７を複数有していることを特徴とし、溝５２７は凹型としている。また、絶縁体５２６は図１-3に示したように溝５２７はＶ型でもよい。上電極５２１は導電体で形成された薄膜構造であって、開口５２８が格子状に（縦横の仮想直線の各交点に中心を合わせて）複数配されている。また下電極５２３も同様の構成を有し、上電極５２１の開口５２８と同一位置に複数の開口５１４が形成されている。中電極５２２は、列（ｙ軸方向）ごとに電気的に独立した（絶縁された）電極群である。また、上電極５２１の開口５２８と同一位置に複数の開口５１０が形成されている。各電極の開口の位置を平面上で一致させることで、各開口に電子ビームＥＢを通すことができる。また、上シールド電極５２４と上電極５２１、下シールド電極５２５と下電極５２３は、それぞれ一体となっており、電気的に導通し、それぞれ同電位になるよう構成されている。上電極５２１と下電極５２３とは電気的に接地される。また、中電極５２２は、Ａ列、Ｂ列及びＣ列の各列ごとに独立に電圧印加手段５１５を有する。

次に、上記構成の電子レンズアレイ５００の動作について説明する。電子レンズアレイ５００において、上電極５２１と下電極５２３とに０Ｖの電位を与え、中電極５２２のＡ列及びＢ列には−１０００Ｖの電位を、中電極５２２のＣ列には−９５０Ｖを印加して、Ｂ列とＣ列との隣接電位差が５０Ｖであるとして、列ごとに独立に電子ビームへのレンズ作用を得る。このとき、上シールド電極５２４と上電極５２１、下シールド電極５２５と下電極５２３の電位は、それぞれ同電位となり、上記の場合０Ｖである。この場合、絶縁体５２６が表面に溝５２７を有することで、絶縁体５２６の外形寸法は変えずに沿面距離ｄを大きくとり、上シールド電極５２４と中電極５２２との間の放電を起きにくくしている。よって、印加電圧を大きくして、レンズ作用を大きくすることができる。絶縁体５２６の外形寸法を単に大きくすることで、沿面距離ｄを大きくとると、構造上、絶縁体５２６が電子ビームＥＢから見えやすくなり、チャージアップが起き易いという問題が発生する。そのため、絶縁体５２６の大きさを最小限にし、絶縁体５２６に設けられている溝５２７のアスペクト比を大きく（例えば２以上）とると放電とチャージアップとが共に起きにくい構造となり、理想的である。また、各列ごとに電界が独立になるように上シールド電極５２４と下シールド電極５２５を設けているため、クロストークの少ない電子レンズアレイ５００を実現することができる。

それぞれが複数の開口を有する上電極と中電極と下電極とを順に積層してなる荷電粒子線レンズアレイにおいて、上電極と中電極の間及び中電極と下電極の間のいずれかに、絶縁体を有し、絶縁体の表面を凹凸形状又は波型形状とすることで、中電極と上電極或いは下電極との間の沿面の距離を長くとることができる。従って、中電極と上電極或いは下電極との間での沿面放電が起きにくくなり、結果的に高い電圧をかけることが可能になる。

荷電粒子線レンズアレイにおいて、中電極が、開口の列ごとに電気的に独立であることで、列ごとに各粒子線ごとの焦点距離を制御することができる。

荷電粒子線レンズアレイにおいて、凹凸形状または波型形状のアスペクト比が２以上であることで、中電極と上電極或いは下電極との間の沿面の距離を長くとることができ、高電圧印加が可能になる。

荷電粒子線レンズアレイにおいて、上電極及び下電極が開口の列ごとに空間を区切るシールド電極を有することで、各粒子線間のクロストークを低減することが可能になる。

次に本発明の電子レンズアレイ５００を実際に形成される構造に従って詳しく述べる。図２-1は斜視図、図２-2は図２-1におけるＡ−Ａ’断面図、図２-3は下電極５２３と下シールド電極５２５及び中電極５２２と絶縁体５２６を示す斜視図である。簡単のため１×２のアレイについて示しているが、実際には数十×数十のアレイを形成する。それぞれに複数の開口が形成された上電極５２１、中電極５２２、下電極５２３が順に積層された構造を有する。上電極５２１、中電極５２２及び下電極５２３は別々のシリコン等からなる基板から作製され、表面が金等の導電体５０４がパターニングされている。また、上電極５２１と中電極５２２と下電極５２３とは絶縁体５２６を介して互いに接合され、一体となっている。また、上シールド電極５２４と上電極５２１、下シールド電極５２５と下電極５２３は、それぞれ同一の基板から作製されている。開口５２８の大きさは直径８０μｍ、ピッチは２００μｍである。各電極、及び絶縁体の構成は上記説明のとおりである。各電極間はアスペクト比が２．５である溝５２７を有する絶縁体５２６を介して、電気的に絶縁されている。絶縁体５２６は断面の外形がほぼ四角形の板状のポリイミドや二酸化シリコン等から成る。また、詳細な寸法は図２-2に示した。本実施例の場合、主な寸法は、溝５２７の幅が２μｍ、溝５２７の深さが５μｍ、溝５２７のピッチが４μｍ、中央の絶縁体の幅が５２μｍ、上電極５２１の隣り合う開口５２８の縁間寸法が１２０μｍ、上シールド電極５２４及び中電極５２２の上下寸法が２００μｍである。

特に、電極間隔は電子レンズアレイ５００の性能に直接関わるので、重要な要素であり、所望の仕様によって決定される。本実施例では、電極間隔（離間寸法）は２１０μｍである。

次に本発明の実施例に係る電子レンズアレイ５００の別の構成について説明する。図２-4は別の構成の電子レンズアレイ５００の下電極５２３、下シールド電極５２５及び中電極５２２を示す斜視図である。上記の通り説明した電子レンズアレイ５００は各シールド電極が各開口を列ごとに区切るように配置されているが、ここでは例えば図２-4に示したように、円筒型の下シールド電極５２５が開口ごとに独立に形成されていることを特徴としている。また、中電極５２２に設置された絶縁体５２６は下シールド電極５２５に対応して、各開口ごとに独立した円形状の溝５２７を有していることを特徴としている。このため、電場が光軸に対して対称になりやすく、収差を小さくしやすい。

即ち、荷電粒子線レンズアレイにおいて、上電極及び下電極が開口ごとに空間を区切るシールド電極を有し、シールド電極が円筒形状であることで、各粒子線間のクロストークを低減することができる。また、開口内の電場が光軸に対して対称であるために、収差を小さく抑えることに対して、有利である。

次に、上記構造の電子レンズアレイ５００の作製方法について説明する。
まず、中電極５２２の作製方法について図２-1におけるＡ−Ａ’断面図である図３-1（ａ）〜（ｆ）及び図３-2（ｇ）〜（ｋ）を用いて説明する。ここでも簡単のため１×２のアレイについて説明する。例えば、以下の（１）〜（１１）に示す工程を行うことにより作製する。

（１）基板５０１を用意する。基板５０１は単結晶シリコンより成り、厚さは例えば２００μｍのものを用いる。厚さは、電子レンズの仕様によって決定する。次に、熱酸化法を用いて、基板５０１の表裏面に膜厚１．５μｍの二酸化シリコン５０７を形成する（図３-1（ａ））。

（２）表面に、チタン／金をそれぞれ５ｎｍ／１００ｎｍの厚さで連続蒸着して電極層５０２を形成する。また、チタンの膜厚は密着促進の働きをすればよく、数ｎｍ〜数百ｎｍの範囲で使用される。また、電極層５０２となる金は数十ｎｍ〜数百ｎｍの範囲で使用される。その後、基板５０１の表面にノボラック系のレジストを用いて、フォトリソグラフィを行い、エッチングのマスクを形成する（不図示）。次に、ＡｒやＣｌ系のガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、金からなる電極層５０２をエッチングする。その後、レジストを除去する。この工程を裏面についても同様に行う（図３-1（ｂ））。

（３）フィルム又はレジンの感光性ポリイミドを１０μｍ程度表裏面に成膜し、パターニングを行い、絶縁体５２６とする。（図３-1（ｃ））。

（４）表裏面に、チタン／金をそれぞれ５ｎｍ／１００ｎｍの厚さで連続蒸着し、パターニングを行い接合層５２９を形成する（図３-1（ｄ））。

（５）ノボラック系のレジストを厚さ８μｍ程度塗布して、フォトリソグラフィを行い、ドライエッチングのマスクを形成する（不図示）。その後、Ｏ_２系のガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、ポリイミドからなる絶縁体５２６をエッチングし、溝５２７を形成する。溝５２７を高アスペクト比構造に加工するために、ＲＩＥ装置は垂直性の高い誘導結合型プラズマを用いたものが望ましい。その後、レジストを除去する（図３-1（ｅ））。

（６）ノボラック系のレジストを厚さ１０μｍ程度塗布して、フォトリソグラフィを行い、ドライエッチングのマスクを形成する。その後、ＣＦ_４やＣＨＦ_３等のガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、二酸化シリコン５０７をエッチングし、Ｓｉからなる基板５０１を露出させる。続いて、表面からシリコンである基板５０１を誘導結合型プラズマおよびＢＯＳＣＨプロセスを用いたＲＩＥを行い、エッチングストッパーである裏面の二酸化シリコン５０７を露出させる。さらに、裏面の二酸化シリコン５０７をドライエッチングにて除去し、貫通口５３１を形成する。その後、レジストを除去する（図３-1（ｆ））。ここで、ＢＯＳＣＨプロセスとは、エッチングガスと側壁保護用ガスを交互に供給し、エッチングと側壁保護を切換えることにより、シリコンを選択的にかつ異方性良くエッチングする方式である。本方式のＲＩＥを用いることで、アスペクト比の高い開口５３１を形成することができる。具体的には、エッチングガスにＳＦ_６（六弗化硫黄）を、側壁保護用ガスにはＣ_４Ｆ_８（八弗化四炭素）を使用し、ＲＦパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：３０Ｗ、ガス流量：ＳＦ_６＝３００ｓｃｃｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ）、Ｃ_４Ｆ_８＝１５０ｓｃｃｍ、ＳＦ_６／Ｃ_４Ｆ_８ガス切替時間：７秒／２秒、基板温度：１０℃、エッチング時間：４０分という条件でエッチングを行うと良い。

（７）厚さ２０μｍ程度のフィルムレジスト５０８をパターニングし、貫通口５３１以外の部位をマスクする。その後、二酸化シリコン５０９をスパッタリングにより成膜し、貫通口５３１の側壁を絶縁する（図３-2（ｇ））。

（８）フィルムレジスト５０８を除去することで、二酸化シリコン５０９の不要部分をリフトオフにより除去して絶縁体５２６を露出させる（図３-2（ｈ）。

（９）新たにフィルムレジスト５１０をパターニングし、電極層５０２を１０μｍ程度露出させる。次に、表面に、チタン／金をそれぞれ５ｎｍ／１００ｎｍの厚さでスパッタリングにより成膜し、電極層５０３を形成する（図３-2（ｉ））。ここで、電極層５０２と電極層５０３とは基板５０１の表面において電気的に導通している。

（１０）フィルムレジスト５１０を除去することで、電極層５０３の不要部分をリフトオフにより除去する（図３-2（ｊ））。

（１１）（９）〜（１０）の工程を裏面にも同様に行う（図３-2（ｋ））。

次に、上電極５２１及び下電極５２３の作製方法について図２-1におけるＡ−Ａ’断面図である図４（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。ここでも簡単のため１×２のアレイについて説明する。例えば、以下の（１）〜（６）に示す工程を行うことにより作製する。

（１）基板６０１を用意する。基板６０１は単結晶シリコンより成るＳＯＩ基板であり、厚さはデバイス層６０４、ＢＯＸ層６０６、支持層６０５がそれぞれ、２５μｍ、１μｍ、２００μｍであり、全体として厚さ２２６μｍのものを用いる。厚さは、電子レンズの仕様によって決定する。次に、裏面にスパッタリングにより二酸化シリコン６０７を１μｍ程度成膜する（図４（ａ））。

（２）ノボラック系のレジストを厚さ１０μｍ程度塗布して、フォトリソグラフィを行い、ドライエッチングのマスクを形成する（不図示）。続いて、表面からシリコンである基板６０１を誘導結合型プラズマおよびＢＯＳＣＨプロセスを用いたＲＩＥを行い、エッチングストッパーで二酸化シリコンからなるＢＯＸ層６０６を露出させる。その後、レジストを除去する（図４（ｂ））。

（３）裏面に、チタン／金をそれぞれ５ｎｍ／１００ｎｍの厚さで連続蒸着してシード層６０２を形成する。導電層となる金は数十ｎｍ〜数百ｎｍの範囲で使用される。ノボラック系のレジスト６０８を厚さ１５μｍ程度塗布して、フォトリソグラフィを行い、電気メッキのマスクを形成する。その後、シアン金メッキ液を用いて、金の電気メッキを、厚さ１０μｍ程度になるまで行い、接合バンプ６２８を形成する（図４（ｃ））。

（４）次に、レジスト６０８を除去後、アルゴン等のガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、チタン／金をエッチングしてシード層６０２の不要な部分を除去する（図４（ｄ））。

（５）裏面に、ノボラック系のレジストを厚さ１０μｍ程度塗布して、フォトリソグラフィを行い、ドライエッチングのマスクを形成する（不図示）。その後、ＣＦ_４やＣＨＦ_３等のガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、二酸化シリコン６０７をエッチングし、Ｓｉからなる基板６０１を露出させる。続いて、表面からシリコンである基板６０１を誘導結合型プラズマおよびＢＯＳＣＨプロセスを用いたＲＩＥを行い、エッチングストッパーであるＢＯＸ層６０８を露出させる。さらに、ＢＯＸ層６０８をドライエッチングにて除去し、貫通口６３１を形成する。その後、レジストを除去する（図４（ｅ））。

（６）表裏面に、チタン／金をそれぞれ５ｎｍ／１００ｎｍの厚さでスパッタリングにより成膜し、電極層６０３とする（図４（ｆ））。

上述の通り、荷電粒子線レンズアレイにおいて、上電極又は下電極をＳＯＩ基板から作製することで、ＢＯＸ層をエッチングストップ層として利用でき、精度の高い上電極又は下電極を作製することができる。

次に、上記の通り説明した上電極５２１、中電極５２２、及び下電極５２３を一体にする方法について図２-1におけるＡ−Ａ’断面図である図５（ａ）〜（ｂ）を用いて説明する。例えば、以下の（１）〜（２）に示す工程を行うことにより作製する。

（１）上記の通り説明した上電極５２１、中電極５２２、及び下電極５２３を用意する。

（２）接合面である上電極５２１の裏面と中電極５２２の表面とをアルゴンガスによるプラズマ中にさらして、接合層５２９と接合バンプ６２８との表面をイオン衝撃により洗浄する。その後、上電極５２１と中電極５２２とをアライメントし、接合バンプ６２８にかかる応力が５００Ｍｐａ程度になるように、荷重を印加して接合する。接合層５２９と接合バンプ６２８とが金からなる場合には上記説明したＡｕ―Ａｕ常温接合を行うことができる。接合を常温で行うと、材料による熱膨張率の違いを考慮する必要が少なく、基板の反りやアライメントずれに対して有利である。

それぞれが複数の開口を有する上電極と中電極と下電極とを順に積層してなり、前記上電極と前記中電極の間及び前記中電極と前記下電極の間のいずれかに、絶縁体を有し、前記絶縁体の表面が凹凸形状及び波型形状のいずれかを有する荷電粒子線レンズアレイの作製方法において、前記上電極と前記中電極と前記下電極とを形成する工程と、前記上電極と前記中電極と前記下電極とを接合して一体とする工程とを有することで、半導体プロセスを基本とするマイクロメカトロニクス技術によって作製することができ、作製精度の高い荷電粒子線レンズアレイを実現できる。

＜電子ビーム露光装置の構成要素の説明＞
本発明の実施例２として上記実施例１に係る電子レンズアレイを適用可能な電子ビーム露光装置について説明する。

図６は本実施例に係る電子ビーム露光装置の要部概略図である。図６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ＥＳと記す）。

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ＥＳの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ＥＢとなる。本実施例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、マルチ荷電ビームレンズ、上記の通り説明した電子レンズアレイを用いた要素電子光学系アレイユニット、及び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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、図７を用いて補正電子光学系３について説明する。図７（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７（ｂ）は図７（ａ）のＡＡ’断面図である。

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）、及びストッパーアレイＳＡで構成される。

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８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。

図７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。

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上記の通り説明した本発明の実施例１に係る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、及び第４電子光学系アレイＬＡ４で構成される。

図９は、第１電子光学系アレイＬＡ１を説明するための図である。第１電子光学系アレイ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あり、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（本実施例では、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配線（Ｗ）で列ごとに独立に接続されている。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。

図１０は、第２電子光学系アレイＬＡ２を説明するための図である。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配線（Ｗ）で列ごとに独立に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。

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。

次に、電子ビームが上記の通り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１１を用いて説明する。

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電子レンズアレイＬＡ１の電子レンズＥＬ１１、第２電子レンズアレイＬＡ２の電子レンズＥＬ２１、第３電子レンズアレイＬＡ３の電子レンズＥＬ３１、及び第４電子レンズアレイ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電子レンズアレイＬＡ１の電子レンズＥＬ１２、第２電子レンズアレイＬＡ２の電子レンズＥＬ２２、第３電子レンズアレイＬＡ３の電子レンズＥＬ３２、及び第４電子レンズアレイ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。

その際、前述したように、第１、３電子レンズアレイ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電子レンズアレイＬＡ２，ＬＡ４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、及び電子レンズ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、及び電子レンズ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。

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。

次に本実施例のシステム構成図を図１２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。

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。

ステージ駆動制御回路１１８は、θ−Ｚステージ９を駆動制御し、かつＸＹステージ１１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。

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。

＜露光動作の説明＞
次に、図１３を参照して、上述した本実施例に係る電子ビーム露光装置の露光動作について説明する。

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。

そして、各電子ビームは、図１３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。

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１４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。

さらに、制御系１２２は、図１３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１１をｘ方向にステップさせ、次のストライプ（ＳＴＲＩＰＥ２）を露光する。

荷電粒子線露光装置において、荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、荷電粒子源の中間像を複数形成する荷電粒子線レンズアレイを含む補正電子光学系と、複数の中間像を露光対象に縮小投影する投影電子光学系と、露光対象に投影される複数の中間像が露光対象上で移動するように偏向する偏向器とを有することで、各中間像が縮小電子光学系を介してウエハ等の露光対象に縮小投影される際に発生する像面湾曲を補正し、結果的に描画エリアを拡大することで、該荷電粒子線露光装置の高スループット化を図ることができる。

次に、上記実施例に係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１６は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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う。ステップ２（ＥＢデータ変換）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、上記露光制御データが入力された露光装置とウエハを用い、リソグラフィ技術を利用し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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに焼付け露光する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の実施例に係る電子レンズアレイの概念を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る絶縁体の詳細を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る絶縁体の変形例を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る電子レンズアレイを説明するための図である。 図２-1におけるＡ−Ａ’である。 本発明の実施例に係る下電極と下シールド電極及び中電極と絶縁体を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る下電極と下シールド電極及び中電極と絶縁体の別の例を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る電子レンズアレイの中電極の作製方法を説明するための図である。 本発明の実施例に係る電子レンズアレイの中電極の作製方法を説明するための図である。 本発明の実施例に係る電子レンズアレイの上電極及び下電極の作製方法を説明するための図である。 本発明の実施例に係る電子レンズアレイの作製方法を説明するための図である。 本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の光学系を説明するための図である。 本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の補正電子光学系を示す図である。 本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置のブランカーアレイを説明するための図である。 本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の電子光学系アレイを説明するための図である。 本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の電子光学系アレイを説明するための図である。 本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の補正電子光学系によって受ける作用を説明するための図である。 本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の露光動作を説明するための図である。 背景技術を説明するための図である。 背景技術を説明するための図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。

符号の説明

ＡＡ：アパーチャアレイ、ＢＡ：ブランカーアレイ、ＭＬ：マルチ荷電ビームレンズ、ＬＡＵ：要素電子光学系アレイユニット、ＬＡ（ＬＡ１〜ＬＡ４）：電子光学系アレイ、ＳＡ：ストッパーアレイ、ＵＥ：上部電極、ＣＥ：中間電極、ＬＥ：下部電極、ＥＬ：電子レンズ、ＥＢ：電子ビーム、ＬＩＭ：レーザ干渉計、ＡＰ：開口、Ｗ：配線、
１：電子銃、２：コンデンサーレンズ、３：補正電子光学系、４：縮小電子光学系、５：ウエハ、６：偏向器、７：ダイナミックフォーカスコイル、８：ダイナミックスティグコイル、９：θ-Ｚステージ、１０：ステージ基準板、１１：ＸＹステージ、１２：反射電子検出器、１３：ファラデーカップ、２１，２２：ユニポテンシャルレンズ、３１：基板、３２：ブランキング電極、４１，４３：第1投影レンズ、４２，４４：第２投影レンズ、１１１：ＢＡ制御回路、１１２：ＬＡＵ制御回路、１１３：Ｄ＿ＳＴＩＧ制御回路、１１４：Ｄ＿ＦＯＣＵＳ制御回路、１１５：偏向制御回路、１１６：光学特性制御回路、１１７：ステージ駆動制御回路、１２０：制御系、１２１：メモリ、１２２：インターフェース、１２３：ＣＰＵ、３００：電子レンズアレイ、３０１：電極、３０２：ファイバ、３０３：シールド電極、４００：電子レンズアレイ、４０１：電極、４０３：シールド電極、５００：電子レンズアレイ、５０１：基板、５０２：電極層、５０３：電極層、５０４：導電体、５０７：二酸化シリコン、５０８：フィルムレジスト、５０９：二酸化シリコン、５１０：フィルムレジスト、５１４：開口、５１５：電圧印加手段、５２１：上電極、５２２：中電極、５２３：下電極、５２４：上シールド電極、５２５：下シールド電極、５２６：絶縁体、５２７：溝、５２８：開口、５２９：接合層、５３１：開口、６０１：基板、６０３：電極層、６０４：デバイス層、６０５：支持層、６０６：BOX層、６０７：二酸化シリコン、６０８：レジスト、６２８：接合バンプ、６３１：貫通口。

Claims (10)

1. 複数の開口をそれぞれ有する上電極、中電極および下電極を順に配置してなる荷電粒子線レンズアレイにおいて、
   前記上電極と前記中電極の間及び前記中電極と前記下電極の間の少なくとも一方に配置された絶縁体を有し、
   前記絶縁体の表面が凹凸形状または波型形状をしていることを特徴とする荷電粒子線レンズアレイ。
2. 前記中電極が、前記開口の列ごとに電気的に独立であることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線レンズアレイ。
3. 前記凹凸形状または前記波型形状のアスペクト比が２以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子線レンズアレイ。
4. 前記上電極および前記下電極の少なくともいずれかの電極が前記開口の列ごとにシールド電極を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の荷電粒子線レンズアレイ。
5. 前記シールド電極が円筒形状をしていることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線レンズアレイ。
6. 前記シールド電極が前記上電極および前記下電極の少なくともいずれかの電極と電気的に導通していることを特徴とする請求項４または５に記載の荷電粒子線レンズアレイ。
7. 前記上電極及び前記下電極の少なくともいずれかの電極が、ＳＯＩ基板からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の荷電粒子線レンズアレイ。
8. 荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、
   前記荷電粒子源の中間像を複数形成する請求項１〜７のいずれか一項に記載の荷電粒子線レンズアレイを含む補正電子光学系と、
   前記複数の中間像を露光対象に縮小投影する投影電子光学系と、
   前記露光対象に投影される前記複数の中間像が前記露光対象上で移動するように偏向する偏向器とを有することを特徴とする荷電粒子線露光装置。
9. 複数の開口をそれぞれ有する上電極、中電極および下電極を順に配置してなる荷電粒子線レンズアレイの作成方法において、
   前記上電極と前記中電極の間及び前記中電極と前記下電極の間の少なくとも一方に配置された絶縁体の表面が凹凸形状または波型形状をしており、
   前記上電極と前記中電極と前記下電極とをそれぞれ形成する工程と、
   前記上電極と前記中電極と前記下電極とを接合して一体とする工程とを有することを特徴とする荷電粒子線レンズアレイの作製方法。
10. 請求項８に記載の露光装置を用いて、露光対象に露光を行う工程と、露光された前記露光対象を現像する工程と、を具備することを特徴とするデバイス製造方法。

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