(57)【要約】  【課題】  ステージ移動やステージ制定に要する時間を大幅に削減でき、スループットを大幅に向上することのできる電子露光装置を提供する。  【解決手段】  電子露光装置１は、平面的なパターンで電子を発生する面パターン電子発生部２と、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターンを制御する面パターン制御部３と、面パターン電子発生部２から発生した電子を被露光部材Ｓの被露光面上の結像位置に写像投影する写像投影部９を備える。写像投影部９は、面パターン電子発生部２の近傍に配置され、面パターン電子発生部２を貫通する磁力線を発生させる電磁レンズ１４と、電磁レンズ１４で発生させる磁場の強さを制御して、面パターン電子発生部２から発生した電子を電磁レンズ１４単独の磁場によって複数回の結像を生じさせる磁場制御部１５を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面的なパターンで電子を発生する面パターン電子発生部と、
前記面パターン電子発生部から発生させる前記電子のパターンを制御する面パターン制御部と、
前記面パターン電子発生部から発生した電子を、被露光部材の被露光面上の結像位置に写像投影する写像投影部と、
を備え、
前記写像投影部は、
前記面パターン電子発生部の近傍に配置され、前記面パターン電子発生部を貫通する磁力線を発生させる電磁レンズと、
前記電磁レンズで発生させる磁場の強さを制御して、前記面パターン電子発生部から発生した電子を前期電磁レンズ単独の磁場によって少なくとも２回以上の結像を生じさせる磁場制御部と、
を備えることを特徴とする電子露光装置。
【請求項２】
前記面パターン電子発生部は、平面的なパターンで光を発生する面パターン光発生部と、前記光を透過する透明基材と、前記透明基材を透過した光を受けて電子を放射する光電変換部材とで構成され、
前記面パターン制御部は、前記面パターン光発生部から発生させる前記光のパターンを制御する、請求項１に記載の電子露光装置。
【請求項３】
前記面パターン電子発生部は、平面的に配置された複数の電子源のアレイで構成され、
前記面パターン制御部は、前記複数の電子源からの電子の発生を制御して、平面的なパターンで電子を発生させる、請求項１に記載の電子露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被露光面上に電子を写像投影して露光を行う電子露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体デバイスの製造工程において、半導体ウエハなどの被露光部材に電子を写像投影して露光を行う電子露光装置が用いられている。従来の電子露光装置では、例えば、光電面から平面的なパターン（二次元的なパターン）で電子を発生させ、その電子を被露光面上に写像投影することにより、露光が行われる（例えば特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
このような従来の電子露光装置を用いて露光を行う場合には、一般的に、ステップ＆リピート方式が採用されていた。例えば、矩形の光電面から発生した電子（矩形パターンの電子）を被露光面に写像投影すると、露光されるエリアは矩形エリアとなる。ステップ＆リピート方式では、まず１つの矩形エリアの露光を行い、その露光が完了すると、ステージを移動させて、隣の矩形エリアの露光を行う。以降、この工程を繰り返すことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−４４１４４号公報
【特許文献２】特許第３３４０４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電子露光装置においては、一括露光で（結像条件を変えないで）露光が行われる。ところが、一括露光（一つの結像条件）で露光をする場合、露光エリアを大きくしようとすると、軸外収差による像ボケが発生してしまう。そのため、一括露光で露光することのできる露光エリアの大きさには限界があるという問題があった。
【０００６】
例えば、写像投影に用いられる電磁レンズのフォーカス（ｄｚ）が０．３μｍの場合、光軸中心（光軸からの離間距離が０μｍ）ではビームの広がりが６ｎｍであり、光軸からの離間距離が５０μｍおよび１００μｍではビームの広がりが６ｎｍ弱であり、光軸からの離間距離が１５０μｍではビームの広がりが９ｎｍであり、光軸からの離間距離が２００μｍではビームの広がりが１８ｎｍである（図６参照）。被露光面上での像ボケ（ビームの広がり）が７．５ｎｍまで許容できると仮定した場合、フォーカス（ｄｚ）が０．３μｍの条件では、光軸からの離間距離が０μｍ〜１００μｍの領域までしか露光（一括露光）することができないことになる。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、従来に比べて露光エリアを大きくすることが可能になり、その結果、ステージ移動やステージ制定に要する時間を大幅に削減でき、スループットを大幅に向上することのできる電子露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電子露光装置は、平面的なパターンで電子を発生する面パターン電子発生部と、前記面パターン電子発生部から発生させる前記電子のパターンを制御する面パターン制御部と、前記面パターン電子発生部から発生した電子を、被露光部材の被露光面上の結像位置に写像投影する写像投影部と、を備え、前記写像投影部は、前記面パターン電子発生部の近傍に配置され、前記面パターン電子発生部を貫通する磁力線を発生させる電磁レンズと、前記電磁レンズで発生させる磁場の強さを制御して、前記面パターン電子発生部から発生した電子を前期電磁レンズ単独の磁場によって少なくとも２回以上の結像を生じさせる磁場制御部と、を備える。
【０００９】
このように、面パターン電子発生部から発生した電子を一つのレンズで少なくとも２回以上の結像を生じさせることにより、従来のような１回の結像の場合に比べて、一括露光可能な露光エリアを大きくすることができる。したがって、従来のように小さな露光エリアでステージ移動やステージ制定を何度も行う場合に比べて、ステージ移動やステージ制定を行う回数を減らすことができる。そのため、ステージ移動やステージ制定に要する時間を大幅に削減することができ、スループットを大幅に向上することができる。
【００１０】
また、本発明の電子露光装置では、前記面パターン電子発生部は、平面的なパターンで光を発生する面パターン光発生部と、前記光を透過する透明基材と、前記透明基材を透過した光を受けて電子を放射する光電変換部材とで構成され、前記面パターン制御部は、前記面パターン光発生部から発生させる前記光のパターンを制御してもよい。
【００１１】
このように、面パターン電子発生部を、面パターン光発生部と透明基材と光電変換部材で構成することにより、面パターン光発生部から発生させる光のパターンを制御することによって、面パターン電子発生部から発生させる電子のパターン（平面的なパターン）を制御することができる。
【００１２】
また、本発明の電子露光装置では、前記面パターン電子発生部は、平面的に配置された複数の電子源のアレイで構成され、前記面パターン制御部は、前記複数の電子源からの電子の発生を制御して、平面的なパターンで電子を発生させてもよい。
【００１３】
このように、面パターン電子発生部を、複数の電子源のアレイで構成することにより、複数の電子源からの電子の発生を制御することによって、面パターン電子発生部から発生させる電子のパターン（平面的なパターン）を制御することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来に比べて露光エリアを大きくすることが可能になり、その結果、ステージ移動やステージ制定に要する時間を大幅に削減でき、スループットを大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電子露光装置の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の電子露光装置（１つのレンズで１回結像させた場合）におけるフォーカスと像ボケ（ビームの広がり）の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施の形態の電子露光装置（１つのレンズで２回結像させた場合）におけるフォーカスと像ボケ（ビームの広がり）の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態の電子露光装置（１つのレンズで３回結像させた場合）におけるフォーカスと像ボケ（ビームの広がり）の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態における電子露光装置の説明図である。
【図６】従来の電子露光装置におけるフォーカスと像ボケ（ビームの広がり）の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態の電子露光装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、半導体プロセス等に用いられる電子露光装置の場合を例示する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の電子露光装置の構成を、図面を参照して説明する。図１および図２は、本実施の形態の電子露光装置の構成を示す説明図である。図１および図２に示すように、電子露光装置１には、平面的な（二次元的な）パターンで電子を発生する面パターン電子発生部２と、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターンを制御する面パターン制御部３が備えられている。
【００１８】
本実施の形態では、面パターン電子発生部２は、平面的な（二次元的な）パターンで光を発生する面パターン光発生部４と、光を透過する透明基材５と、透明基材５を透過した光を受けて電子を放射する光電変換部材６とで構成されている。面パターン制御部３は、面パターン光発生部４から発生させる光のパターンを制御する。面パターン光発生部４は、二次元的に選択的な明暗のある面パターン光を照射する。光電変換部材６は、例えば、光を受けて光電効果により電子を放出する薄膜（光電変換膜）である。面パターン光発生部４と光電変換部材６とが離間している場合には、面パターン光発生部４から発生したパターン光を光電変換部材６の上に投影するための光学系が設けられる。なお、面パターン光発生部４と光電変換部材６が密着している場合、あるいは、直進性の良い光（レーザー光など）を用いる場合には、光学系は不要である。
【００１９】
また、電子露光装置１には、被露光部材Ｓが載置されるステージ７と、ステージ７の移動を制御するステージ移動制御部８と、面パターン電子発生部２から発生した電子を被露光部材Ｓの被露光面上の結像位置に写像投影する写像投影部９と、写像投影部９の結像条件を制御する結像条件制御部１０が備えられている。被露光部材Ｓは、半導体ウエハなどの被露光基板である。ステージ７は、基板ステージと呼ぶこともできる。
【００２０】
写像投影部９は、円筒形状で電位印加可能な等電位管１１と、等電位管１１の外側に等電位管１１と同軸に形成される電磁レンズ１２と、結像電子光学系の開き角を規定する開口絞り１３を備えている。等電位管１１は、面パターン電子発生部２と離間して配置されている。等電位管１１と面パターン電子発生部２と直流電源に接続されており、等電位管１１が面パターン電子発生部２に対して正の電位になるように電圧Ｖａｃｃが印加されている。また、等電位管１１は、被露光基板Ｓとも離間して配置されている。そして、等電位管１１と被露光基板Ｓは直流電源に接続されており、等電位管１１が被露光基板Ｓに対して正の電位になるように電圧Ｖｒｔｄが印加されている。電磁レンズ１２は、面パターン電子発生部２から放出された電子を、被露光基板Ｓの被露光表面に結像するようにコイルに電流を印加する。結像条件制御部１０は、電磁レンズ１２のコイルに印加する電流を制御し、これにより、電磁レンズ１２の結像条件（フォーカス）が制御される。なお、より素早く結像条件を変えるために、電磁レンズ１２の内周にミニレンズ（図示せず）を設け、結像条件制御部１０は、そのミニレンズのコイルに印加する電流を制御してもよい。
【００２１】
さらに、電子露光装置１は、面パターン電子発生部２の近傍に配置され、面パターン電子発生部２を磁力線が貫通する磁力線を発生させる電磁レンズ１４と、電磁レンズ１４で発生させる磁場の強さを制御する磁場制御部１５を備えている。そして、磁場制御部１５は、電磁レンズ１４で発生させる磁場の強さを制御して、面パターン電子発生部２から発生した電子を電磁レンズ１４単独の磁場により少なくとも２回以上の結像を生じさせる。電磁レンズ１４は、インレズで構成されてもよく、セミインレンズで構成されてもよい。また、電磁レンズ１４は、複数の電磁レンズで構成されてもよい。例えば、面パターン電子発生部２の電子発生位置を挟む２つの電磁レンズ（磁場の向きが同じ２つの電磁レンズ）で構成されてもよい。
【００２２】
例えば、図１の例では、面パターン電子発生部２から発生した電子を電磁レンズ１４単独の磁場により３回結像させている。電磁レンズ１４で発生させる磁場の強さを変えることにより、面パターン電子発生部２から発生した電子を電磁レンズ１４単独の磁場により結像する回数を制御することができる。
【００２３】
図２は、面パターン電子発生部２から発生した電子を電磁レンズ１４単独の磁場により１回結像させた場合のフォーカスと像ボケ（ビームの広がり）の関係を示すグラフである。図２に示すように、この場合には、６００μｍΦの有効照野が得られる。
【００２４】
また、図３は、面パターン電子発生部２から発生した電子を電磁レンズ１４単独の磁場により２回結像させた場合のフォーカスと像ボケ（ビームの広がり）の関係を示すグラフである。図３に示すように、この場合には、８００μｍΦの有効照野が得られる。
【００２５】
また、図４は、面パターン電子発生部２から発生した電子を電磁レンズ１４単独の磁場により３回結像させた場合のフォーカスと像ボケ（ビームの広がり）の関係を示すグラフである。図４に示すように、この場合には、１０００μｍΦの有効照野が得られる。
【００２６】
図２〜４でみられるとおり、面パターン電子発生部２から発生した電子を電磁レンズ１４単独の磁場により複数回結像させると、フォーカス変化による被露光面におけるビームの広がりの変化が緩慢になり、また、物高が大きい箇所での被露光面におけるビームの広がりの最小値が低下するという２つの効果によって、有効照野が拡大する事がわかる。
【００２７】
このように、本発明の第１の実施の形態の電子露光装置１によれば、従来に比べて露光エリアを大きくすることが可能になり、その結果、ステージ移動やステージ制定に要する時間を大幅に削減でき、スループットを大幅に向上することができる。
【００２８】
すなわち、本実施の形態では、面パターン電子発生部２から発生した電子を電磁レンズ１４単独の磁場により少なくとも２回以上の結像を生じさせる。これにより、従来のような１回の結像の場合に比べて、一括露光可能な露光エリアを大きくすることができる（図２〜図４参照）。したがって、従来のように小さな露光エリアでステージ移動やステージ制定を何度も行う場合に比べて、ステージ移動やステージ制定を行う回数を減らすことができる。そのため、ステージ移動やステージ制定に要する時間を大幅に削減することができ、スループットを大幅に向上することができる。
【００２９】
また、一括露光可能な露光エリアが大きくなるため、像ボケ（空間電荷効果による像ボケ）を許容する最大発生電流も大きくなる。つまり、同じ発生電流における像ボケ（空間電荷効果による像ボケ）を低減することができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、面パターン電子発生部２を、面パターン光発生部４と透明基材５と光電変換部材６で構成している。したがって、面パターン光発生部４から発生させる光のパターンを制御することによって、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターン（平面的なパターン）を制御することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の電子露光装置１について説明する。ここでは、第２の実施の形態の電子露光装置１が、第１の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００３２】
図５は、本実施の形態の電子露光装置１の構成を示す説明図である。図５に示すように、本実施の形態では、面パターン電子発生部２が、平面的に配置された複数の電子源のアレイ２０で構成される。そして、面パターン制御部３は、複数の電子源からの電子の発生を制御して、平面的なパターンで電子を発生させる。つまり、面パターン電子発生部２は、二次元的に配置され、個々に選択的に電子を放出／非放出可能な電子源アレイ２０である。そして、面パターン制御部３は、電子源アレイ２０の各電子源の放出／非放出を制御する。
【００３３】
このような本発明の第２の実施の形態の電子露光装置１によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。
【００３４】
本実施の形態では、面パターン電子発生部２を、複数の電子源のアレイ２０で構成している。そのため、複数の電子源からの電子の発生を制御することによって、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターン（平面的なパターン）を制御することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかる電子露光装置は、ステージ移動やステージ制定に要する時間を大幅に削減でき、スループットを大幅に向上することができるという効果を有し、半導体デバイスの製造工程等で用いられ、有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１  電子露光装置
２  面パターン電子発生部
３  面パターン制御部
４  面パターン光発生部
５  透明基材
６  光電変換部材
７  ステージ
８  ステージ移動制御部
９  写像投影部
１０  結像条件制御部
１１  等電位管
１２  電磁レンズ
１３  開口絞り
１４  電磁レンズ
１５  磁場制御部
２０  アレイ
Ｓ  被露光部材
【図１】
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【図２】
2014138163.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014138163.tif 000006
【図５】
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【図６】
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