(57)【要約】【課題】寸法精度が高く、沿面放電を抑制して耐圧向上を図った荷電粒子線レンズを提供する。【解決手段】絶縁性の支持体３を挟んで隣接する第１の電極１と第２の電極２とを有し、それぞれ重なる開口４を有する荷電粒子線レンズにおいて、第２の電極２の、支持体３により支持される面に溝５を設け、支持体３の開口の端部である側面３ａが、該溝５内に位置するように配置する。【選択図】図１
2014041947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の板状の電極と
前記複数の電極間に挟まれた板状の絶縁性の支持体とを有し、
前記電極と前記支持体は互いに重なる開口をそれぞれ少なくとも一つ有し、
少なくとも一つの前記電極の、前記支持体により支持される面に溝を有し、
前記支持体の開口の端部の少なくとも一部が、前記溝内に位置するよう配置されたことを特徴とする荷電粒子線レンズ。
【請求項２】
前記溝の隅角部は曲率を持つことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項３】
前記複数の電極のうち、前記支持体を挟んで隣接する電極の組を第１の電極と第２の電極とした時、
前記第１の電極と前記第２の電極の電極間距離をｇ［ｍ］とし、前記第１の電極と前記第２の電極との印加電圧差をΔφ［Ｖ］とし、荷電粒子線の加速電圧絶対値をφacc［Ｖ］とし、前記荷電粒子線の軸間距離精度の許容値をｓ［ｍ］とし、前記支持体と、前記荷電粒子線の光軸との最短距離をＬ［ｍ］とし、前記第２電極の開口と前記溝との最短距離をＬ１［ｍ］とし、前記溝の幅をＬ２［ｍ］とする時、下記式（１）乃至（３）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子線レンズ。
【数１】
2014041947.tif 000004
０＜Ｌ１＜Ｌ  （２）
Ｌ＜Ｌ１＋Ｌ２  （３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置に用いられる電子光学系を構成する荷電粒子線レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの生産において、電子ビーム等の荷電粒子線を用いた露光技術は、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である。この露光装置では、荷電粒子線の光学特性を制御するために、荷電粒子線レンズが用いられる。荷電粒子線レンズには、電磁型と静電型があり、特に静電型（以下、「静電レンズ」と称する）は、電磁型に比べ、コイルコアを設ける必要がなく構成が簡易であり小型化に有利である。また、荷電粒子線による露光技術のうち、マスクを用いずに複数本の荷電粒子線で同時にパターンを描画するマルチビームシステムの提案もなされている。
【０００３】
また、静電レンズは、複数の電極が絶縁体を介して積層された構造であり、その電極間に電界を印加した際、絶縁体表面と電極表面と空間の接触部は３重点となる。この３重点では、電界集中効果により陰極となる電極表面より電子が放出され、その放出された電子が、直接絶縁体に衝突したり、陽極に到達した後に反射して絶縁体に入射したりすることで、絶縁体表面が帯電する。その結果、絶縁体表面に沿って放電路が形成される沿面放電が発生し、描画エラーとなることがある。
【０００４】
こうした沿面放電を抑制する方法として、特許文献１には、画像形成装置において、電極と絶縁体（スペーサー）の間に、絶縁体の支持面より内側に低抵抗部を形成することにより、３重点からの電子放出を軽減する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５４８５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
静電レンズを搭載する露光装置において、０．１μｍ以下の微細パターン描画を実現するには、荷電粒子線のビーム径を数十ｎｍまで絞る必要がある。そのためには静電レンズは更なる強電界と短焦点距離の構成が必要であり、これらを構成する電極間には更なる耐圧向上が望まれてきた。またビーム収差の要求精度から、構成部材にはナノメートルオーダーの寸法精度が求められており、特許文献１に記載の構成や製造方法では、この要求精度の実現が困難である。即ち、耐圧と寸法精度を両立する荷電粒子線レンズが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の荷電粒子線レンズは、複数の板状の電極と
前記複数の電極間に挟まれた板状の絶縁性の支持体とを有し、
前記電極と前記支持体は互いに重なる開口をそれぞれ少なくとも一つ有し、
少なくとも一つの前記電極の、前記支持体により支持される面に溝を有し、
前記支持体の開口の端部の少なくとも一部が、前記溝内に位置するよう配置されたことを特徴とする
【発明の効果】
【０００８】
本発明の荷電粒子線レンズによれば、電極の溝の一部を支持体の支持面で覆うことで、３重点の電界集中を緩和し沿面放電を抑制することができる。さらに厚み精度の高い板状の支持体と板状の電極を用い、その精度の高い面同士を直接貼り合わせるため、レンズを組み上げた時の寸法誤差が軽減され、ビーム収差を抑制することができる。即ち、耐圧と寸法精度を両立した荷電粒子線レンズが提供される。よって、本発明の荷電粒子線レンズを用いて、信頼性が高く、高精度の露光装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の荷電粒子線レンズの一実施形態の断面模式図である
【図２】図１の荷電粒子線レンズの部分拡大図である
【図３】本発明の荷電粒子線レンズの他の実施形態の断面模式図である。
【図４】本発明の荷電粒子線レンズの他の実施形態の溝周辺を拡大した断面模式図である
【図５】本発明の荷電粒子線レンズの電極に設けた溝の隅角部の曲率半径と応力の値との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の荷電粒子線レンズについて、実施形態を挙げて説明する。
【００１１】
図１は本発明の荷電粒子線レンズの基本的な構成を説明するための断面図であり、図２はその一部を拡大した断面図である。
【００１２】
本発明の荷電粒子線レンズは複数の板状の電極と該電極間に挟まれた板状の支持体で構成される。図１、図２の構成において、第１の電極１と、第２の電極２の２枚の電極を有している。図中の２ａは第２の電極２の板圧方向の中心軸を示す。第１の電極１，第２の電極２には微細加工が容易で厚みばらつきの小さい金属、半導体などが用いられる。また、第１の電極１と第２の電極２は、絶縁性の支持体３を介して互いに電気的に絶縁されている。支持体３は絶縁性が高く厚みばらつきの小さいガラス、セラミックスなどが用いられる。そして第１の電極１と第２の電極２にはそれぞれ、互いに重なる開口４が設けられ、開口４には図示しない光源（荷電粒子源）から射出された荷電粒子線が通過する。
【００１３】
第２の電極２には、支持体３で支持される面に溝５が設けられている。溝５において、第２の電極２の開口４に近い側面を５ａとし、その５ａと対向する側面を５ｂとする。第１の電極１と第２の電極２の開口４は、その中心で揃っていて、レンズの光軸６を規定している。そして支持体３の開口の端部が溝内にくるように、即ち支持体３の側面３ａが、溝５の側面５ａと５ｂの間にくるように支持体３を配置し、第１の電極１と支持体３と第２の電極２とが貼り合わされている。
【００１４】
ここで開口４及び溝５の形成はウエットエッチング、ドライエッチング、レーザ加工或いはその組み合わせで行うことができる。また第１の電極１，第２の電極２と支持体３の貼り合わせ方法は、陽極接合、表面活性化接合、共晶接合、シリコンフュージョンボンディング、ブレージング、エポキシ接着などで行うことができる。
【００１５】
本発明の荷電粒子線レンズを静電レンズとして使用する場合は、図３のように電極を３枚用いた構成とすることができる。図３は図１に示す第２の電極２の中心軸２ａを含む面を境に、第１の電極１，１と支持部材３，３とを面対称に配置したアインツェル型の静電レンズである。このように図３においては、第２の電極２を、２枚の第１の電極１により支持体３を介して両側から挟むように構成される。
【００１６】
そして、例えば第１の電極１，１にはグランド電位、第２の電極２には負の電位を印加することで静電レンズとして機能させることができる。また、本実施形態においては、第１の電極１，１と第２の電極２とで構成を説明しているが、必要に応じて第３の電極等の他の電極を設けることもできる。
【００１７】
図２に示した９は絶縁体表面と電極表面と空間の接触部である３重点を示す。本発明の荷電粒子線レンズは、その使用時において、第２の電極２の溝５の一部が支持体３の支持面で覆われるため、３重点９の電界集中を緩和し、沿面放電が抑制される。さらに厚み精度の高い板状の支持体３と第１の電極１，第２の電極２はそれぞれ、その精度の高い面同士を接合するため、寸法誤差が低減され、ビーム収差が抑制される。
【００１８】
また、本発明においては、図２に示す第２の電極２の溝５の底面５ｃと側面５ａ及び側面５ｂとが形成する隅角部７，７が、それぞれ図４に示す隅角部１２，１２のように、曲率のある隅角部としても良い。一般にシリコンなどの脆性材料を加工した場合、隅角部７，７には応力が集中しクラックを生じ易い。そこで図２に示す隅角部７，７を、図４に示す隅角部１２，１２のように、曲率のある隅角部とすることにより、隅角部の形状変化が緩やかになり、応力集中を緩和しレンズの強度低下を抑えることができる。
【００１９】
また、図２に示す第２の電極２の溝５の側面５ｂと第２の電極２の表面とが形成する隅角部８を、図４の隅角部１３のように曲率を有する隅角部とすることにより、形状的に電界集中しにくい構成となり、強度低下の抑制に加えて、放電を抑制することができる。
【００２０】
次に、本発明において好ましい寸法について説明する。
【００２１】
図２において、Ｌ１は第２の電極２の開口４と溝５の最短距離、即ち、開口４の側面４ａから溝５の開口４に近い側の側面５ａまでの距離を示し、Ｌ２は溝５の幅、即ち、溝５の側面５ａから５ｂまでの距離を示す。また、Ｌ３は第２電極２の開口４の側面４ａから支持体３の開口の側面３ａまでの距離を示す。
【００２２】
静電レンズはその使用時に支持体３の表面が帯電すると、開口４を通過する荷電粒子線１０が光軸６から軸ずれを生じる。そのため被照射物の所望の位置にパターンが形成されない場合がある。そこで本発明者等は軸ずれ量の把握のため支持体３の表面の帯電解析及び静電界中の荷電粒子線の軌道解析を行った。軸ずれに寄与するパラメータを次に説明する。図２において、１０は荷電粒子線で、ｇは支持体３を挟んで隣接する第１の電極１と第２の電極２の電極間距離を示す。ｓは軸間距離精度の許容値、即ち、距離ｇで荷電粒子線１０が軸ずれする許容量を示す。さらにＬは支持体３と、荷電粒子線１０の光軸６との最短距離を示す。第１の電極１と第２の電極２との印加電圧差をΔφ［Ｖ］、荷電粒子線１０が開口４への入射する時の加速電圧絶対値をφacc［Ｖ］とすると、以下の式（１）で示す関係があることがわかった。尚、距離の単位は全て［ｍ］である。
【００２３】
【数１】
2014041947.tif 000003
【００２４】
本発明は上記の許容軸ずれ量を満足し、さらに沿面放電を抑制する構成である。係る構成においては、距離Ｌと距離Ｌ１と距離Ｌ２は次の式（２）と式（３）とを満たす。
【００２５】
０＜Ｌ１＜Ｌ  （２）
Ｌ＜Ｌ１＋Ｌ２  （３）
【００２６】
本発明においては、上記式（１）乃至（３）の関係を満たすことで、支持体３の帯電による荷電粒子線１０の軸ずれ量ｓが許容値を満たす範囲で放電を抑制することができる。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
図３に示す構成の静電レンズを作製した。図２を用いて具体的な構成について説明する。
【００２８】
第１の電極１，１と第２の電極２には、４インチ径で両面研磨の単結晶シリコンウエハを用いた。厚さは第１の電極１，１及び第２の電極２共に１５０μｍであり、ウエハ全面における厚みの最大値と最小値の差は１μｍで算術平均粗さ（Ｒａ）は５ｎｍのものを用いた。第１の電極１及び第２の電極２にはそれぞれ開口４が設けられ、その開口４の幅（図２の（Ｌ−Ｌ３）×２）は１００μｍである。また、第２の電極２の両面には溝５が設けられ、その溝５の幅（Ｌ２）は５０μｍで、深さ（ｄ）は２５μｍである。そして支持体３にはアルカリ金属を含有しない無アルカリガラスからなるガラスウエハを用いた。支持体３には第１の電極１，１及び第２の電極２の開口４を形成した領域より大きい開口を形成した。そして支持体３の側面３ａの位置は第２の電極２に形成した溝５の幅の半分を覆う位置に配置した。支持体３の開口（Ｌ×２）は４ｍｍとした。そして第１の電極１，１と第２の電極２はそれぞれ支持体３を挟み、開口４の中心軸６を法線とする平面に平行に配置した。
【００２９】
第１の電極１，１と第２の電極２のシリコンウエハの開口４及び溝５はフォトリソグラフィーとドライエッチングとウエットエッチングで形成した。また、支持体３のガラスウエハの開口はサンドブラスト加工により形成し、ウエットエッチングと表面研磨により加工面のマイクロクラックやバリを除去する処理を行った。次にこれら加工した第１の電極１，１と第２の電極２と支持体３とを十分な位置合わせを行った後、フュージョンボンディング法を使って接合した。
【００３０】
上記の静電レンズを露光装置に設置し、第１の電極１，１にはグランド電位を、第２の電極２には−４ｋＶの電位を印加して、露光装置内で機能させたところ、露光中の放電は観測されず、所望のパターンを露光することができた。
【００３１】
（実施例２）
実施例１の静電レンズにおいて、第２の電極２の溝５の隅角部７，７を、図４に示した隅角部１２，１２のように、曲率を有する形状とし、係る隅角部１２，１２の曲率半径の効果的な範囲を把握するため、構造解析を行った。具体的には、第２の電極２の中心軸２ａ上で引張応力を与えた時の隅角部１２，１２に発生した応力を計算した。
【００３２】
図５は、第２の電極２に生じる平均応力に対する隅角部１２，１２に発生する応力の値（応力集中係数）を示す。この結果から隅角部１２，１２の曲率半径が２５μｍ以上であれば応力集中を十分緩和していることがわかる。そこで実施例１において、溝５の隅角部７，７を曲率半径が２５μｍとなる形状とした静電レンズを製造したところ、クラックは確認されず、このレンズを露光装置に設置し機能させたところ、露光中の放電も観測されなかった。
【００３３】
（実施例３）
実施例１において、パターン描画の要求精度を３ｎｍとすると電極間隔ｇでの許容軸ずれ量ｓは０．１ｎｍと算出でき、前記式（１）乃至（３）満足するような各種寸法でレンズを製作した。具体的な寸法は距離Ｌが１ｍｍ、Ｌ１が０．９７５ｍｍ、Ｌ２が６０μｍである。
【００３４】
上記静電レンズの第１の電極１にはグランド電位を、第２の電極２には−４ｋＶの電位を印加して、開口４に電子線を５ｋＶで入射させた。その結果、所望の描画パターン精度で露光できることを確認し、露光中の放電は観測されなかった。
【符号の説明】
【００３５】
１：第１電極、２：第２電極、３：支持体、４：開口、５：溝、６：レンズの光軸、７，８，１２，１３：隅角部、１０：荷電粒子線
【図１】
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【図２】
2014041947.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2014041947.tif 000009