JP6018386B2 - 電子ビーム照射装置、マルチ電子ビーム照射装置、電子ビーム露光装置、および電子ビーム照射方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビーム照射装置、マルチ電子ビーム照射装置、電子ビーム露光装置、および電子ビーム照射方法に関する。

従来、複数の電子ビームを発生させて、当該複数の電子ビームを試料に照射する電子ビーム露光装置は、電子ビーム発生源から発生させた電子ビームをコリメータレンズ等で面積ビームに成型した後に、マスク、レンズ、およびブランキングアレイ等を介して複数のビームを発生させていた（例えば、特許文献１および２参照）。
特許文献１ 特開２００７−３２９２２０号公報
特許文献２ 特開平９−２４５７０８号公報
非特許文献１ P.N.Minh, L.T.T.Tuyen, T.Ono, H.Mimura, K.Yokoo and M.Esashi : Carbon nanotube on a Si tip for electron field emitter, Jpn. J. Appl. Phys., 41 Part2, 12A (2002), L1409-L1411
非特許文献２ P.N.Minh, L.T.T.Tuyen, T.Ono, H.Miyashita, Y.Suzuki, H.Mimura and M.Esashi : Selective growth of carbon nanotubes on Si microfabricated tips and application for electron field emitters, J. Vac. Sci. Technol. B 21, 4, (2003), 1705-1709
非特許文献３ P.N.Minh, T.Ono, N.Sato, H.Mimura and M.Esashi : Microelectron field emitter array with focus lenses for multielectron beam lithography based on silicon on insulator wafer, J.Vac.Sci.Technol., B22, 3 (2004) 1273-1276
非特許文献４ J.H.Bae, P.N.Minh, T.Ono and M.Esashi : Schottky emitter using boron-doped diamond, J.Vac.Sci.Technol., B22, 3 (2004) 1349-1352
非特許文献５ C.-H.Tsai, T.Ono and M.Esashi : Fabrication of diamond Schottky emitter array by using electrophoresis pre-treatment and hot-filament chemical vapor deposition, diamond and related materials, 16 (2007) 1398-1402

しかしながら、このような電子ビーム露光装置は、電子ビーム照射装置が複雑な光学系を収容して大きくなってしまい、露光装置そのものが巨大になっていた。また、試料に比べて、電子ビーム照射装置が大きいので、複数の電子ビーム照射装置を搭載して一の試料に並行して複数の描画パターンを照射することが困難であった。

本発明の第１の態様においては、複数の電子ビームを出力する電子ビーム照射装置であって、複数の電子放出部を有し、複数の電子放出部のそれぞれから放出される電子を加速して集束させ、複数の電子ビームとして出力する面電子ビーム源と、面電子ビーム源から出力される複数の電子ビームによる描画パターンを予め定められた倍率で対象物に照射する電子レンズと、を備える電子ビーム照射装置を提供する。

なお、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い。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０００の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。 本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。 本実施形態に係る面電子ビーム源２００に形成される電子ビーム発生源２１２の構成例を示す。 本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０００の変形例を半導体ウェハ１０と共に示す。

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い。また、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。

図１は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０００の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。電子ビーム露光装置１０００は、複数の電子ビームを照射する電子ビーム照射装置１００を有し、当該電子ビーム照射装置１００を用いて半導体ウェハ１０に微細パターンを描画する。

ここで半導体ウェハ１０は、シリコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、ガリウム燐、またはインジウム燐等の半導体材料の結晶を加工して形成された板状の基板でよい。電子ビーム露光装置１０００は、電子ビーム照射装置１００と、ステージ部１１０と、記憶部１２０と、制御部１３０と、通信部１４０と、計算機部１５０とを備える。

電子ビーム照射装置１００は、複数の電子ビームを照射する電子カラムである。電子ビーム照射装置１００は、半導体ウェハ１０の表面に複数の電子ビームを照射して予め定められた描画パターンを描画する。電子ビーム照射装置１００の詳細は後に説明する。

ステージ部１１０は、電子ビームを照射する対象物を載置する。図中において、当該対象物を半導体ウェハ１０とした例を示す。ステージ部１１０は、載置した半導体ウェハ１０を水平方向に移動させ、電子ビーム照射装置１００によって半導体ウェハ１０の一方の面に予め定められた微細パターンを予め定められた位置に描画させる。

ステージ部１１０は、ＸＹステージを有してよい。また、ステージ部１１０は、θステージを有してよい。また、ステージ部１１０は、水平位置を調整するチルトステージを更に有してよい。また、ステージ部１１０は、半導体ウェハ１０を垂直方向に移動させ、半導体ウェハ１０および電子ビーム照射装置１００の間の距離を調節するＺステージを更に有してよい。

記憶部１２０は、電子ビーム照射装置１００が描画する描画パターン情報を記憶する。ここで、描画パターン情報は、半導体ウェハ１０の一方の面上の位置情報、および電子ビームを照射するか否かの情報等でよい。記憶部１２０は、予め定められた描画パターン情報を予め記憶してよい。

制御部１３０は、電子ビーム照射装置１００および記憶部１２０にそれぞれ接続され、記憶部１２０に記憶された描画パターン情報に応じて、電子ビーム照射装置１００に複数の電子ビームを出力させる制御信号を送信する。また、制御部１３０は、ステージ部１１０にそれぞれ接続され、記憶部１２０に記憶された描画パターン情報に応じて、ステージ部１１０を移動させる制御信号を送信してよい。また、制御部１３０は、通信部１４０を介して受け取った指示信号に応じて、電子ビーム照射装置１００および／またはステージ部１１０に制御信号を送信してよい。

通信部１４０は、制御部１３０と計算機部１５０とを接続する。通信部１４０は、汎用または専用のインターフェイスを有して、制御部１３０と計算機部１５０とを接続して通信させてよい。通信部１４０は、Ethernet（登録商標）、ＵＳＢ、Serial RapidIO等の汎用の高速シリアルインターフェースまたはパラレルインターフェースを用いてよい。また、通信部１４０は、無線で制御部１３０と計算機部１５０とを接続してよい。

計算機部１５０は、制御部１３０に電子ビーム照射装置１００および／またはステージ部１１０を動作させる指示信号を送信する。計算機部１５０は、電子ビーム露光装置１０００を動作させる動作プログラムを実行して、当該動作プログラムに応じて指示信号を送信してよい。また、計算機部１５０は、ユーザの指示を入力させる入力デバイスを有し、ユーザの指示に応じて指示信号を送信してよい。計算機部１５０は、パーソナルコンピュータまたはサーバマシンでよい。

図２は、本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。図２は、電子ビーム照射装置１００の縦断面の構成例を示す。電子ビーム照射装置１００は、面電子ビーム源２００と、加速電極２３０と、電子レンズ２４０とを備える。

面電子ビーム源２００は、制御信号に応じて、複数の電子ビームを発生させる。面電子ビーム源２００は、基板２１０と、電子回路部２２０とを有する。

基板２１０は、複数の穴部が設けられる。当該複数の穴部は、基板２１０の一方の面にマトリクス状に形成されてよい。基板２１０は、当該穴部に複数の電子ビーム発生源２１２が形成される。電子ビーム発生源２１２の詳細は後に説明する。基板２１０は、シリコン等の半導体結晶でよい。

電子回路部２２０は、基板２１０の他方の面に形成され、複数の電子ビーム発生源２１２から電子ビームを出力させる。電子回路部２２０は、複数の電子ビーム発生源２１２のそれぞれを駆動する駆動電圧を供給する回路が形成される。電子回路部２２０は、制御部１３０から制御信号を受け取り、描画パターン情報に応じて、複数の電子ビーム発生源２１２から電子ビームを出力させる。

電子回路部２２０の一方の面は、基板２１０と張り合わされる。電子回路部２２０は、シリコン等の半導体基板で形成されてよい。電子回路部２２０は、面電子ビーム源２００が駆動して温度が上昇しても基板２１０または電子回路部２２０に撓みまたは剥がれ等が生じない程度に、基板２１０の熱膨張係数とほぼ同じか、同程度の熱膨張係数を有する材料で形成されてよい。

加速電極２３０は、面電子ビーム源２００の電子ビームを出力する側に備わり、面電子ビーム源２００の電子ビームを出力させる電極よりも高い電圧が印加され、当該電子ビームを加速する。加速電極２３０は、複数の電子ビーム発生源２１２にそれぞれ対応する複数の貫通孔が形成され、複数の電子ビームをそれぞれ通過させる。加速電極２３０は、複数の貫通孔をマトリクス状に配列してよい。加速電極２３０は、一定の電圧が印加され、一例として、略０Ｖが印加される。

電子レンズ２４０は、面電子ビーム源２００から出力される複数の電子ビームによる描画パターンを予め定められた倍率で対象物である半導体ウェハ１０に照射する。例えば、電子レンズ２４０は、複数の電子ビームが描画する描画パターンを１／１００以下に縮小する。電子レンズ２４０は、コイル部２４２と、レンズ部２４４と、減速部２４６とを有する。

コイル部２４２は、複数の電子ビームのＸＹ方向の偏向を制御する。即ち、コイル部２４２は、半導体ウェハ１０の電子ビームが照射される表面における当該電子ビームのビーム形状を制御する。コイル部２４２は、電子ビーム照射装置１００のＸ軸またはＹ軸と、半導体ウェハ１０の表面上のＸ軸またはＹ軸との対応を補正するローテーションコイルでよい。また、コイル部２４２は、半導体ウェハ１０の表面上のビーム径のＸおよびＹ方向の振幅を補正してもよい。

レンズ部２４４は、半導体ウェハ１０の表面上に複数の電子ビームを結像させる。レンズ部２４４は、テレセントリックレンズ系を構成してよく、面電子ビーム源２００の対物レンズとして機能する。

減速部２４６は、減速電圧が印加され、当該減速電圧に応じた減速電界を複数の電子ビームに印加する。減速部２４６は、複数の電子ビームを減速させて、予め定められたエネルギーの電子ビームを対象物である半導体ウェハ１０に照射する。減速部２４６は、半導体ウェハ１０への入射電圧を、加速電極２３０の加速電圧と当該減速電圧との差分とする。

図３は、本実施形態に係る面電子ビーム源２００に形成される電子ビーム発生源２１２の構成例を示す。面電子ビーム源２００は、複数の電子放出部を有し、複数の電子放出部のそれぞれから放出される電子を加速して集束させ、複数の電子ビームとして出力する。面電子ビーム源２００は、図２で説明したように、基板２１０と、電子回路部２２０とを有する。また、面電子ビーム源２００は、各部に駆動電圧を供給する電圧供給部２０２を有してよい。

電圧供給部２０２は、複数の電極部２０４を含み、それぞれの電極部２０４に接続される接続先にそれぞれ駆動電圧を供給する。複数の電極部２０４は、ワイヤボンディング等で複数の接続先にそれぞれ接続されてよい。電圧供給部２０２は、電子回路部２２０の基板２１０側とは反対側の面に設けられる。

ここで、本実施例で説明する電極部は、ニッケル、金、クロム、チタン、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ロジウム、白金、銅、ルテニウム、インジウム、イリジウム、オスミウム、および／またはモリブデンを含んでよい。また、当該電極部は、これらの材料を含む２以上の材料の合金であってよい。

基板２１０は、複数の穴部２１４と、アイソレーション部３４０と、第３電極部３５０とを有する。複数の穴部２１４のそれぞれの底面は、凹面状に形成される。また、複数の穴部２１４のそれぞれの底面は、球面状または放物面状に形成されてよい。複数の穴部２１４のそれぞれは、円筒形上に形成され、電子ビームを発生させる電子ビーム発生源２１２が形成される。電子ビーム発生源２１２は、ポリシリコン層２１６と、第１絶縁膜２１８と、電子放出部３００と、第１電極部３１０と、第２電極部３２０と、第２絶縁膜３３０とを含む。

ポリシリコン層２１６は、基板２１０の複数の穴部２１４が形成された面に形成される。ポリシリコン層２１６のうち、穴部２１４の底部に形成された一部は、陽極活性されることでナノ結晶化されて電子放出部３００となる。第１絶縁膜２１８は、基板２１０のポリシリコン層２１６が形成された面に形成される。第１絶縁膜２１８は、ＣＶＤ法等によって成膜されるＳｉＮ膜でよい。

電子放出部３００は、複数の穴部２１４のそれぞれの底面に設けられ、電子を放出する。複数の電子放出部３００は、マトリクス状に配列され、駆動電圧に応じて電子をそれぞれ放出する。また、電子放出部３００は、ナノ結晶を有する。例えば、電子放出部３００は、ナノ結晶シリコンで形成される。ナノ結晶シリコンは、電子トンネル障壁として機能する表面酸化膜を形成し、当該ナノ結晶シリコンが複数並ぶことにより、電子トンネル障壁を接続した列が形成される。

このような電子トンネル障壁の列は、当該障壁に電圧を印加することで、当該障壁を通過させる電子を、例えば数個の単位といった極微量な単位で制御することができる。したがって、電子放出部３００は、ナノ結晶を有することで、電子の放出量を精密に、かつ、再現性よく制御することができる。

また、電子放出部３００は、このようなナノ結晶シリコンが複数並ぶナノワイヤで形成される場合、電子を出力する面に対して当該ナノワイヤが垂直に形成されずに、結晶方位に依存して出力面の法線に対して傾くことがある。この場合、電子放出部３００は、出力面の法線方向とは異なる方向に電子を出力させることがある。この場合、電子放出部３００は、出力面の法線に対して異なる方向のトンネル確率の分布と、当該方向にナノワイヤが電子を放出する分布との掛け算で、電子放出量が定まる。

電子放出部３００は、穴部２１４の底面を凹面形状にすることで、当該底面を平坦にした場合の電子放出量に比べてより多くの電子を電子ビームとして出力させることができる。例えば、電子放出部３００は、電子を放出する分布がより高い方向および／またはトンネル確率の分布がより高い方向を、電子ビームを出力する方向に向けて形成することで、底面を平坦にした場合の電子放出量に比べてより多くの電子を電子ビームとして出力させることができる。一例として、穴部２１４の底面の形状は、複数の電子放出部３００の電子を放出する方向と、当該方向の電子のトンネル確率との乗算がより大きくなる方向を、第１電極部３１０の中心に向ける。

電子放出部３００は、ナノ結晶に代えて、放出する電子をトンネリングさせる絶縁膜を有してよい。このような絶縁膜は、放出する電子の量をトンネルする確率によって調整することができるので、当該絶縁膜の材質、膜厚および絶縁膜に印加する電圧によって、電子の放出量を制御することができる。

第１電極部３１０は、複数の電子放出部３００のそれぞれに対応して設けられ、対応する電子放出部３００が放出した電子を加速して電子放出部３００が設けられた穴部２１４から電子ビームとして出力する。複数の第１電極部３１０のそれぞれは、開口部３１２を有し、基板２１０の複数の穴部２１４が設けられる一方の面に板状に形成され、対応する穴部２１４との電位差によって開口部３１２から電子ビームを集束させて出力させる。開口部３１２は、第１電極部３１０および／または電子放出部３００の中心近辺に形成される。開口部３１２は、円形の貫通孔でよい。

図中において、第１電極部３１０ａは、電子放出部３００ａに対応して設けられ、電子放出部３００ａが放出する電子を加速して開口部３１２ａから電子ビームとして出力させる例を示す。同様に、第１電極部３１０ｂは、電子放出部３００ｂに対応して設けられ、電子放出部３００ｂが放出する電子を加速する。

第１電極部３１０は、基板２１０の外部に備わる電極等と電気的に接続され、駆動電圧が印加される接続部を有してよい。当該接続部は、第１電極部の一部にメッキ等で導電性物質が更に形成された電極部でよい。接続部は、ワイヤボンディング等によって外部の電極と接続されてよい。

第２電極部３２０は、複数の穴部２１４のそれぞれに設けられ、穴部２１４の底面および側壁を覆う導電性物質で形成される。第２電極部３２０は、電子放出部３００から放出された電子を、第１電極部３１０との電位差によって開口部３１２から電子ビームとして出力させる。ここで、第２電極部３２０は、電子放出部３００から放出される電子を穴部２１４に通過させる程度に薄く形成される。

ここで、第１電極部３１０および第２電極部３２０は、これら電極間の電位差が数十から数百Ｖとなる駆動電圧がそれぞれ印加されてよい。好ましくは、第１電極部３１０および第２電極部３２０は、電位差が百数十Ｖとなる駆動電圧がそれぞれ印加される。一例として、第１電極部３１０および第２電極部３２０は、電位差が１５０Ｖとなる駆動電圧がそれぞれ印加される。第２電極部３２０は、接続部３２２を含む。

接続部３２２は、第２電極部３２０のうちで厚さがより厚く形成される電極部であって、基板２１０の外部に備わる電極等と電気的に接続され、駆動電圧が印加される。接続部３２２は、第２電極部の一部にメッキ等で導電性物質が更に形成された電極部でよい。接続部３２２は、ワイヤボンディング等によって外部の電極と接続されてよい。

第２絶縁膜３３０は、基板２１０と第１電極部３１０との間に形成され、第１電極部３１０を支持しつつ、第１電極部３１０と第２電極部３２０とを電気的に絶縁する。第２絶縁膜３３０は、ＣＶＤ法等によって成膜される酸化シリコン膜でよい。

以上の電子ビーム発生源２１２は、電子放出部３００が放出する電子に、第１電極部３１０と第２電極部３２０にそれぞれ印加される駆動電圧によって生じる電界を印加することによって開口部３１２から電子ビームを発生させる。ここで、電子ビーム発生源２１２は、穴部２１４のそれぞれの底面が凹面状、球面状、または放物面状に形成されることで、電子放出部３００の電子を放出する面もまた凹面状、球面状、または放物面状に形成される。

これによって、電子ビーム発生源２１２は、電子放出部３００が電子を放出する方向を開口部３１２の方向に合わせて、当該開口部３１２に集束させやすくすることができる。即ち、電子ビーム発生源２１２は、開口部３１２に集束させる電子の数を増加させることができ、発生する電子ビームの密度を高めることができる。

電子ビーム発生源２１２は、発生させた電子ビームを後段の電子レンズ２４０によって半導体ウェハ１０に照射させる。ここで、電子レンズ２４０は、光学レンズ等と同様に電子ビームの結像にボケやゆがみ等を生じさせる収差を有する場合がある。例えば、電子レンズ２４０は、結像させる電子ビームに対して、ビームの中央近傍を走行する電子に比べてビームの外側近傍を走行する電子の焦点位置を短くさせる場合がある。

そこで、電子ビーム発生源２１２は、電子放出部３００の電子を放出する面を凹面状、球面状、または放物面状に形成させて電子ビームの密度を高めつつ、当該収差を補正してよい。ここで、電子ビーム発生源２１２が穴部２１４の底面を平坦にした場合、電子放出部３００の電子の放出面の法線方向が開口部３１２近傍にある領域から出力される電子は、電子ビームの中央に集束されやすい。

そこで電子放出部３００は、電子の放出面を開口部３１２に向けつつ、当該領域である放出面の中央近傍の領域と開口部３１２との間の距離よりも、放出面の縁側近傍の領域と開口部３１２との間の距離を、より短くする面を形成する。即ち、電子ビームの外側に集束されやすい電子がより速く開口部３１２に到達するように放出面を形成することで、当該電子の焦点距離を長くさせる。これは、電子放出部３００の放出面の中心点により近い部分から放出される電子の層流を、当該中心点により近い位置に集中させて負の収差を発生させることに相当する。

これによって、電子ビーム発生源２１２は、発生させる電子ビームの中央近傍を走行する電子に比べて、電ビームの外側近傍を走行する電子の焦点距離を長くすることができる。例えば、電子ビーム発生源２１２は、電子ビームの光軸の中心から離れるに応じて電子ビームの焦点距離を長くして、電子ビームの照射方向に対する垂直方向の断面において、同心円状に焦点距離の分布を持たせる。このように、電子ビーム発生源２１２は、電子レンズ２４０の収差に対応させた放出面を形成することで、電子レンズ２４０の収差を補正することができる。

ここで、電子放出部３００の放出面の縁側近傍の領域は、中央近傍の領域に比べて電子ビーム発生源２１２の外部に近いので、外部電界の影響を受けやすい。即ち、放出面の縁側近傍の領域から出力される電子は、放出面の法線から傾いた方向に出力されやすく焦点距離が長くなりやすい。このように、電子ビーム発生源２１２は、外部電界に依存して出力させる電子ビームに焦点距離の分布を形成させるので、このような分布に応じて、電子放出部３００の放出面の形状を調整して半導体ウェハ１０に結像する電子ビームの収差を補正してよい。

ここで、第２電極部３２０は、穴部２１４の底面および側壁を覆って円筒形状の電極を形成し、当該穴部２１４を同電位に保つ。これによって、第２電極部３２０の側壁部は、電子放出部３００から放出された電子の速度を保持して開口部３１２近傍に集束させつつ、上記の外部電界の影響を低減させることができる。

アイソレーション部３４０は、絶縁物質が充填されて形成される。アイソレーション部３４０は、複数の電子ビーム発生源２１２のそれぞれの周囲を囲むように形成され、電子ビーム発生源２１２間を電気的に分離する。一例として、アイソレーション部３４０は、格子状に形成された溝にポリマー等を充填させて形成される。

第３電極部３５０は、基板２１０の複数の穴部２１４が形成される面とは反対側の面に、複数の電子放出部３００のそれぞれに対応して形成される。第３電極部３５０は、複数の電子放出部３００から電子をそれぞれ放出させる駆動電圧がそれぞれ印加される。第３電極部３５０は、電子回路部２２０と電気的に接続される。

電子回路部２２０は、基板２１０の他方の面に形成され、複数の電子放出部３００から電子を放出させる駆動電圧を、複数の電子放出部３００のそれぞれに対して個別に供給する。電子回路部２２０は、半導体基板に形成され、当該半導体基板の一方の面は、基板２１０と張り合わされてよい。

ここで電子回路部２２０は、基板２１０に形成される第３電極部３５０に対応する複数の電極部２２２を有し、当該電極部２２２が対応する第３電極部３５０と電気的に接続されつつ基板２１０と張り合わされ、当該電極部２２２を介して駆動電圧を供給する。電極部２２２は、例えば、１００μｍピッチ程度で基板２１０に形成される第３電極部３５０に対応させるべく、当該第３電極部３５０と同程度のピッチで形成される。

電子回路部２２０は、外部に備わる電極等と電気的に接続され、駆動電圧および電源電圧等が印加される複数の接続部２２４を有してよい。当該接続部２２４は、ワイヤボンディング等によって外部の電極と接続されてよい。

電子回路部２２０は、複数の電子放出部３００のそれぞれの配置に応じて、異なるオフセットバイアスを更に印加してよい。複数の電子放出部３００は、それぞれ個別に駆動電圧を印加されて電子をそれぞれ放出し、対応する複数の電子ビーム発生源２１２は、複数の電子ビームを発生させる。複数の電子ビーム発生源２１２は、発生させた複数の電子ビームを後段の電子レンズ２４０によって結像させて、半導体ウェハ１０に描画パターンを照射させる。

ここで、電子レンズ２４０等の光学系は、レンズの中央近傍を通る電子ビームと、レンズの外縁近傍を通る電子ビームとで僅かに焦点位置に差を与え、複数の電子ビームによる描画像にボケやゆがみ等を生じさせる場合がある。例えば、電子レンズ２４０は、レンズの外縁近傍を通る電子ビームに対して、レンズの中央近傍を通る電子ビームに比べて焦点位置を短くさせる場合がある。

そこで、電子回路部２２０は、電子レンズ２４０の中央近傍を通る電子ビームを発生させる電子ビーム発生源２１２に比べて、電子レンズ２４０の外縁近傍を通る電子ビームを発生させる電子ビーム発生源２１２に対して、高いオフセット電圧を供給する。これによって、電子回路部２２０は、電子レンズ２４０の外縁近傍を通る電子ビームの出力速度を増加させて焦点距離を長くして発生させ、電子レンズ２４０によって短くなる焦点位置と相殺させて補正することができる。

ここで、複数の電子放出部３００は、それぞれの配置に応じて複数のブロックに分配され、電子回路部２２０は、当該ブロック毎にオフセットバイアスを印加してよい。例えば、複数の電子放出部３００のうち、基板２１０の一方の面上において中央近辺に配置され、電子レンズ２４０の中央近傍を通る電子ビームとなる電子を放出する複数の電子放出部３００は、同一のブロックに分配される。また、その他の電子放出部３００は、中央のブロックを中心に、略同心円状に１以上のブロックに分配されてよい。

このように、複数の電子放出部３００は、電子レンズ２４０の中央近傍を通る電子ビームを出力させる電子放出部３００を中心ブロックとして、電子レンズ２４０の外縁方向に同心円状に１以上に分割された環状領域に対応する電子放出部３００を、他のブロックとして分配される。電子回路部２２０は、当該ブロック毎に異なるオフセットバイアスを印加することで、電子レンズ２４０の中央近傍を通る電子ビームを中心に、同心円状に分割された領域毎に電子ビームの焦点位置を調節することができ、効率的に描画パターンの結像を補正することができる。

電子回路部２２０は、第１電極部および第２電極部に、数十ｋＶの負電圧を印加する。一例として、電子回路部２２０は、同心円の中央に分配された電子放出部３００に対応する第２電極部に−２０ｋＶを、対応する第１電極部に−２０ｋＶ＋１５０Ｖを印加する。

この場合、電子ビーム発生源２１２は、１５０Ｖの電位差によって生じる電界を電子放出部３００から放出する電子に印加して電子ビームを発生させ、発生した電子ビームを加速電極２３０との略２０ｋＶの電位差で加速させる。また、電子回路部２２０は、中央のブロックから外縁に向けてｎブロック異なる毎に、対応する第２電極部に−２０ｋＶ＋ｎＶを、対応する第１電極部に−２０ｋＶ＋１５０Ｖ＋ｎＶを印加する。このように、電子回路部２２０は、ブロックが異なる毎に駆動電圧を１Ｖ程度変化させて、電子ビームの加速電界をブロック毎に微調整してよい。

以上の本実施例に係る面電子ビーム源２００は、複数の電子ビーム発生源２１２を有し、当該複数の電子ビーム発生源２１２をそれぞれ個別に駆動して複数の電子ビームを出力させることができる。これによって、面電子ビーム源２００を備える電子ビーム照射装置１００は、複数の電子ビームによって予め定められた描画パターンを対象物に照射することができる。

ここで、電子ビーム発生源２１２は、半導体基板に形成された複数の穴部２１４にそれぞれ形成される。したがって、複数の電子ビーム発生源２１２は、半導体製造プロセスによって基板２１０に一体となって形成することができる。即ち例えば、電子ビーム発生源２１２は、基板２１０の１ｃｍ×１ｃｍの面積に、１００×１００個のマトリクス状に配列されて形成される。このように、電子ビーム発生源２１２は、１００μｍ程度のピッチのマトリクス状に形成することで、電子レンズ２４０によって１μｍ以下程度のピッチの描画パターンを対象物に照射することができる。

このように、面電子ビーム源２００は、複数の電極部と一体に形成され、小面積、かつ、高密度に形成させた複数の電子ビーム発生源２１２を備えることができる。したがって、電子ビーム照射装置１００は、装置の大きさを小型にしつつ、１００００程度の電子ビームを照射することができる。

以上の本実施例において、面電子ビーム源２００および電子ビーム照射装置１００は、電子ビーム露光装置１０００に用いられる例を説明した。これに代えて、面電子ビーム源２００および電子ビーム照射装置１００は、電子ビームを用いる装置に備わってよく、電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザ、ブラウン管、送信管、撮像管、真空管、加工装置、加熱装置、または滅菌装置等に用いられてもよい。

図４は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０００の変形例を半導体ウェハ１０と共に示す。本変形例の電子ビーム露光装置１０００において、図１に示された本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。電子ビーム露光装置１０００は、複数の電子ビームを照射する電子ビーム照射装置１００を複数有し、複数の電子ビームを照射して、描画パターン情報に応じた描画パターンを対象物である半導体ウェハ１０に描画する。

電子ビーム照射装置１００は、電子ビーム露光装置１０００に２以上備わる。図中において、電子ビーム照射装置１００は、水平方向の断面積が半導体ウェハ１０の表面積よりも小さく形成され、電子ビーム露光装置１０００に複数備わる例を示す。複数の電子ビーム照射装置１００は、半導体ウェハ１０の表面にそれぞれ複数の電子ビームを照射して予め定められた描画パターンを描画する。複数の電子ビーム照射装置１００は、それぞれの描画を並行して実行してよい。電子ビーム照射装置１００の詳細は既に図２で説明した。

ステージ部１１０は、載置した半導体ウェハ１０を水平方向に移動させ、複数の電子ビーム照射装置１００によって半導体ウェハ１０の一方の面に予め定められた微細パターンを予め定められた位置に描画させる。記憶部１２０は、複数の電子ビーム照射装置１００が描画する描画パターン情報を記憶する。制御部１３０は、複数の電子ビーム照射装置１００にそれぞれ接続され、記憶部１２０に記憶された描画パターン情報に応じて、複数の電子ビーム照射装置のそれぞれに複数の電子ビームを出力させる制御信号を送信する。

このように、複数の電子ビーム発生源２１２が基板２１０に一体となって形成される面電子ビーム源２００を用いることで、電子ビーム照射装置１００を小型化することができ、電子ビーム露光装置１０００は、複数の電子ビーム照射装置１００を搭載することができる。２以上の電子ビーム照射装置１００を備える電子ビーム露光装置１０００は、半導体ウェハ１０に、２以上の描画パターンを並行して照射することができ、搭載する電子ビーム照射装置１００の数に応じてスループットを向上させることができる。

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、多様な変更また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。その様な変更また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。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 半導体ウェハ、１００ 電子ビーム照射装置、１１０ ステージ部、１２０ 記憶部、１３０ 制御部、１４０ 通信部、１５０ 計算機部、２００ 面電子ビーム源、２０２ 電圧供給部、２０４ 電極部、２１０ 基板、２１２ 電子ビーム発生源、２１４ 穴部、２１６ ポリシリコン層、２１８ 第１絶縁膜、２２０ 電子回路部、２２２ 電極部、２２４ 接続部、２３０ 加速電極、２４０ 電子レンズ、２４２ コイル部、２４４ レンズ部、２４６ 減速部、３００ 電子放出部、３１０ 第１電極部、３１２ 開口部、３２０ 第２電極部、３２２ 接続部、３３０ 第２絶縁膜、３４０ アイソレーション部、３５０ 第３電極部、１０００ 電子ビーム露光装置

Claims (16)

1. 複数の電子ビームを出力する電子ビーム照射装置であって、
   複数の電子放出部が設けられた基板を有し、前記複数の電子放出部のそれぞれから放出される電子を加速して集束させ、複数の電子ビームとして出力する面電子ビーム源と、
   前記面電子ビーム源から出力される前記複数の電子ビームによる描画パターンを予め定められた倍率で対象物に照射する電子レンズと、
   を備え、
   前記複数の電子放出部のそれぞれは、前記基板に設けられた複数の穴部のそれぞれの底面に設けられ、
   前記底面の形状は、前記複数の電子放出部が方向に応じて電子を放出する分布と、当該方向の電子のトンネル確率との乗算がより大きくなる方向を、前記面電子ビーム源が電子を加速して集束させる方向に向ける電子ビーム照射装置。
2. 前記複数の電子放出部は、マトリクス状に配列され、駆動電圧に応じて電子をそれぞれ放出する請求項１に記載の電子ビーム照射装置。
3. 前記複数の電子放出部のそれぞれは、ナノ結晶を含む請求項１または２に記載の電子ビーム照射装置。
4. 前記複数の電子放出部のそれぞれは、放出される電子をトンネリングする絶縁膜を含む請求項１または２に記載の電子ビーム照射装置。
5. 前記面電子ビーム源に接続され、前記複数の電子放出部から電子を放出させる駆動電圧を前記複数の電子放出部のそれぞれに対して個別に供給する電子回路部を更に備える請求項１から４のいずれか一項に記載の電子ビーム照射装置。
6. 前記電子回路部は、前記駆動電圧に加えて、前記複数の電子放出部のそれぞれに、それぞれの配置に対応したオフセットバイアスを印加する請求項５に記載の電子ビーム照射装置。
7. 前記複数の電子放出部は、それぞれの配置に応じて複数のブロックに分配され、
   前記電子回路部は、ブロック毎にオフセットバイアスを印加する請求項６に記載の電子ビーム照射装置。
8. 複数の電子ビームを出力する電子ビーム照射装置であって、
   複数の電子放出部を有し、前記複数の電子放出部のそれぞれから放出される電子を加速して集束させ、複数の電子ビームとして出力する面電子ビーム源と、
   前記面電子ビーム源から出力される前記複数の電子ビームによる描画パターンを予め定められた倍率で対象物に照射する電子レンズと、
   前記面電子ビーム源に接続され、前記複数の電子放出部から電子を放出させる駆動電圧を前記複数の電子放出部のそれぞれに対して個別に供給する電子回路部と、
   を備え、
   前記複数の電子放出部は、それぞれの配置に応じて複数のブロックに分配され、
   前記電子回路部は、前記駆動電圧に加えて、前記複数の電子放出部のそれぞれに、ブロック毎にオフセットバイアスを印加する電子ビーム照射装置。
9. 前記複数の電子放出部は、中央に配置された中心ブロックと、前記中央のブロックを中心とした同心円状の１以上のブロックと、に分配される請求項７または８に記載の電子ビーム照射装置。
10. 前記電子回路部は、半導体基板に形成される請求項５から９のいずれか一項に記載の電子ビーム照射装置。
11. 前記電子レンズは、前記面電子ビーム源から出力される前記複数の電子ビームの描画パターンを予め定められた縮尺に縮小して、前記対象物に照射する請求項１から１０のいずれか一項に記載の電子ビーム照射装置。
12. 前記面電子ビーム源は、前記面電子ビーム源の一方の面に前記複数の電子放出部のそれぞれに対応してそれぞれ設けられ、対応する電子放出部が出力する電子をそれぞれ集束させて、複数の電子ビームとして出力させる複数の電極部を有する請求項１から１１のいずれか一項に記載の電子ビーム照射装置。
13. 前記面電子ビーム源と、前記複数の電極部とは、一体に形成される請求項１２に記載の電子ビーム照射装置。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の電子ビーム照射装置を複数備えるマルチ電子ビーム照射装置。
15. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の電子ビーム照射装置を一以上と、
    一以上の前記電子ビーム照射装置が描画する描画パターン情報を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された描画パターン情報に応じて、一以上の前記電子ビーム照射装置に複数の電子ビームを出力させる制御信号を送信する制御部と、
    前記対象物を載置するステージ部と、
    を備え、
    前記複数の電子ビームを照射して、前記描画パターン情報に応じた描画パターンを前記対象物に描画する電子ビーム露光装置。
16. 基板に設けられた複数の電子放出部のそれぞれから放出される電子を加速して集束させ、複数の電子ビームとして出力する面電子ビーム出力段階と、
    前記複数の電子ビームによる描画パターンを予め定められた倍率で対象物に照射する電子ビーム照射段階と、
    を備え、
    前記複数の電子放出部のそれぞれは、前記基板に設けられた複数の穴部のそれぞれの底面に設けられ、
    前記底面の形状は、前記複数の電子放出部が方向に応じて電子を放出する分布と、当該方向の電子のトンネル確率との乗算がより大きくなる方向を、前記面電子ビーム出力段階において電子を加速して集束させる方向に向ける電子ビーム照射方法。

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