(57)【要約】【課題】陽極及び陰極と高抵抗膜との界面または導電膜と高抵抗膜との界面での抵抗上昇や接続不良による電界集中が抑制され、放電の発生を抑えることが出来る荷電粒子線レンズを提供する。【解決手段】荷電粒子線レンズは、板状の陽極１と、板状の陰極２と、陽極１と陰極２の間に配置される絶縁体３を有する。絶縁体３と陽極３と陰極２は、荷電ビームを通すビーム通過部５を持つ。絶縁体３のビーム通過部５を形成する内側面または絶縁体３の最外側面に、高抵抗膜４が形成され、高抵抗膜４を介して陽極１と陰極２とは電気的に接続する。陽極１と高抵抗膜４及び陰極２と高抵抗膜４は、それぞれ、同一の金属または半導体元素を含み、かつ、異なる抵抗値を有している。【選択図】  図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの板状の陽極と、少なくとも一つの板状の陰極と、前記陽極と前記陰極の間に配置される少なくとも一つの絶縁体と、を有し、前記絶縁体と前記陽極と前記陰極が荷電ビームを通す一つ以上のビーム通過部を持つ荷電粒子線レンズであって、
少なくとも前記絶縁体の前記ビーム通過部を形成する内側面または前記絶縁体の最外側面に、高抵抗膜が形成され、前記高抵抗膜を介して前記陽極と前記陰極とは電気的に接続し、前記陽極と前記高抵抗膜及び前記陰極と前記高抵抗膜は、それぞれ、同一の金属または半導体元素を含み、かつ、異なる抵抗値を有していることを特徴とする荷電粒子線レンズ。
【請求項２】
少なくとも一つの板状の陽極と、少なくとも一つの板状の陰極と、前記陽極と前記陰極の間に配置される少なくとも一つの絶縁体と、を有し、前記絶縁体と前記陽極と前記陰極が荷電ビームを通す一つ以上のビーム通過部を持つ荷電粒子線レンズであって、
少なくとも前記絶縁体の前記ビーム通過部を形成する内側面または前記絶縁体の最外側面に、高抵抗膜が形成され、前記高抵抗膜は、導電膜を介して、前記陽極及び前記陰極と電気的に接続し、前記導電膜と前記高抵抗膜は、同一の金属または半導体元素を含み、かつ異なる抵抗値を有していることを特徴とする荷電粒子線レンズ。
【請求項３】
前記陽極の外周側面は前記絶縁体の最外側面の内側に配置され、前記陰極の外周側面は前記陽極の外周側面よりも外側に配置されていて、前記陽極の外周側面は、前記絶縁体の最外側面及び前記陰極の外周側面それぞれより内側に配置されてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム等の荷電粒子線を用いた装置に使用される荷電粒子線光学系の技術分野に属し、特に露光装置に用いられる荷電粒子線光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの生産において、電子ビーム露光技術は、０．１μｍ以下の微細パターン露光を可能とするリソグラフィの有力候補である。これらの装置では、電子ビームの光学特性を制御するための電子光学素子が用いられる。特に、電子レンズには、電磁型と静電型があり、静電型は、電磁型に比べ、コイルコアを設ける必要がなく構成が容易であり小型化に有利となる。また、電子ビーム露光技術のうち、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システムの提案がなされている。ビーム数は、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決まり、スループットを決定する大きな要因となる。そのため、近年、より高い配列密度が求められている。
【０００３】
静電型荷電粒子レンズは、電極間に電圧を印加するため、絶縁性（耐圧性）が求められる。荷電粒子線レンズの耐圧性を向上させるための提案としては、電極基板に挟まれた絶縁体基板の内壁に高抵抗体を配置して電極基板間を電気的に接続し、絶縁体表面の帯電を防止する方法がある(特許文献１参照)。また、荷電粒子線レンズ以外の分野では、電子線装置のスペーサ部を高抵抗膜で覆う構成が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2001-118491号公報
【特許文献２】特許第3507392号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の如き技術状況において、露光装置の更なる高スループット化と、露光パターンの更なる高精細化に伴い、荷電粒子線レンズには更なる高電界が要求されるようになってきた。しかしながら、上記特許文献１の構成をこのような高電界で使った場合、絶縁耐圧性が不足し、放電する場合があり得る。この放電は、特許文献１で開示している散乱荷電粒子による絶縁体表面の帯電ではなく、電極と高抵抗膜の界面での電界集中が原因であることが解明された。そのメカニズムは以下の通りである。陰極及び陽極を高抵抗膜で電気的に接続した静電型の荷電粒子線レンズは、製造工程や装置メンテナンスでの大気雰囲気への暴露によって、電極と高抵抗膜との界面に酸化膜が生じることがある。電極間に電界を印加した際、こうした界面に生じた酸化膜部の高抵抗化や接続不良によりそこに電界集中が起こり、絶縁破壊から放電の要因となり得る。すなわち、静電レンズの耐圧性に関し、更なる改善が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明の荷電粒子線レンズは、少なくとも一つの板状の陽極と、少なくとも一つの板状の陰極と、前記陽極と前記陰極の間に配置される少なくとも一つの絶縁体と、を有し、前記絶縁体と前記陽極と前記陰極が荷電ビームを通す一つ以上のビーム通過部を持つ。そして、少なくとも前記絶縁体の前記ビーム通過部を形成する内側面または前記絶縁体の最外側面に、高抵抗膜が形成され、前記高抵抗膜を介して前記陽極と前記陰極とは電気的に接続し、前記陽極と前記高抵抗膜及び前記陰極と前記高抵抗膜は、それぞれ、同一の金属または半導体元素を含み、かつ、異なる抵抗値を有している。
【０００７】
また、上記課題に鑑み、本発明の荷電粒子線レンズは、少なくとも一つの板状の陽極と、少なく少なくとも一つの板状の陽極と、少なくとも一つの板状の陰極と、前記陽極と前記陰極の間に配置される少なくとも一つの絶縁体と、を有し、前記絶縁体と前記陽極と前記陰極が荷電ビームを通す一つ以上のビーム通過部を持つ。そして、少なくとも前記絶縁体の前記ビーム通過部を形成する内側面または前記絶縁体の最外側面に、高抵抗膜が形成され、前記高抵抗膜は、導電膜を介して、前記陽極及び前記陰極と電気的に接続し、前記導電膜と前記高抵抗膜は、同一の金属または半導体元素を含み、かつ異なる抵抗値を有している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の荷電粒子線レンズによれば、陽極と高抵抗膜及び陰極と高抵抗膜が、それぞれ、同一の金属または半導体元素を含む。または、導電膜と高抵抗膜が同一の金属または半導体元素を含む。よって、陽極及び陰極と高抵抗膜との界面または導電膜と高抵抗膜との界面での抵抗上昇や接続不良による電界集中が抑制され、放電の発生を抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１−１】第１の実施形態の荷電粒子線レンズの構成概略断面及び拡大部を示す図。
【図１−２】第１の実施形態におけるアインツェル型レンズの構成概略断面を示す図。
【図２】第２の実施形態における荷電粒子線レンズの構成概略断面及びアインツェル型レンズの構成概略断面を示す図。
【図３−１】第３の実施形態の荷電粒子線レンズの構成概略断面及び拡大部を示す図。
【図３−２】第３の実施形態におけるアインツェル型レンズの構成概略断面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の重要な点は、少なくとも絶縁体のビーム通過部を形成する内側面または絶縁体の最外側面に形成された高抵抗膜と陽極及び該高抵抗膜と陰極、または導電膜と高抵抗膜が、それぞれ、同一の金属または半導体元素を含むことである。この考え方に基づいて、本発明の荷電粒子線レンズは、上記課題を解決するための手段のところで述べた様な基本的な構成を有する。本発明では、陽極及び陰極と高抵抗膜との界面または導電膜と高抵抗膜との界面での抵抗上昇や接続不良による電界集中が抑制されるように、上記の如き構成を有するが、高抵抗膜と陽極が含む同一の金属または半導体元素と高抵抗膜と陰極が含む同一の金属または半導体元素は必ずしも同じでなくてもよい。また、陽極側の導電膜と高抵抗膜が含む同一の金属または半導体元素と陰極側の導電膜と高抵抗膜が含む同一の金属または半導体元素も必ずしも同じでなくてもよい。典型的には、後述の実施形態や実施例の様に同じであるが、前記効果を奏することができれば異なっていてもよい。前記基本構成において、更に、ビーム通過部の周りにおいて、陽極の外周側面が、絶縁体の最外側面及び陰極の外周側面それぞれより、ビーム通過部に近い内側に配置される構成にしてもよい。この場合、レンズ周辺部における陰極側三重点での電界集中がさらに緩和される。また、絶縁体の陽極側の面上も絶縁体沿面となり、絶縁体沿面距離をさらに延ばすことが可能となり、組み立て時における位置ずれやキズ、欠けなど電界が集中する構造が生じやすいレンズ周辺部での沿面放電の発生をさらに抑制することができる。
【００１１】
以下に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。図１−１〜図３−２を用いて、本発明の第１〜第３の実施形態を説明する。ただし、これらの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１−１（ａ）は本発明における第１の実施形態の電荷粒子線レンズの構成概略の断面図、図１−１（ｂ）は図１−１（ａ）の点線で囲むエリアＡの拡大図、図１−１（ｃ）は本発明を適用しない構成の場合のエリアＡの拡大図である。図１−１において、１は板状の陽極、２は板状の陰極であり、それぞれ各種金属、各種半導体などから構成される。陽極１及び陰極２は十分な導電性を有していればよく、その体積抵抗率は好ましくは1×103[Ω・cm]以下である。３は板状の絶縁体であり、各種ガラス、各種セラミックなどから構成される。絶縁体３の一方の面に少なくとも陽極１が配置され、これと対向する面に少なくとも陰極２が配置される。
【００１３】
４は、陽極１と陰極２の抵抗より大きい抵抗を持つ高抵抗膜であり、各種金属または各種半導体の酸化物、各種金属または各種半導体の窒化物等から構成される。高抵抗膜４は陰極２と陽極１の電位差を保持し、かつ帯電電荷を除電できる抵抗値を有する。好ましくは体積抵抗率が1×104[Ω・cm]以上1×1014[Ω・cm]以下で、より好ましくは1×109[Ω・cm]以上1×1012[Ω・cm]以下である。陽極１と陰極２は高抵抗膜４を介して電気的に接続されている。高抵抗膜４は陽極１及び陰極２と同種の元素を含むが、陽極１及び陰極２とは異なる抵抗値を有する膜である。本実施形態では、高抵抗膜４は、絶縁体３のビーム通過部５を形成する内側面及び絶縁体３の最外側面に形成されている。
【００１４】
陰極、陽極、絶縁体は、それぞれ、不図示の光源から放出された荷電粒子（荷電ビーム）が通過する少なくとも一つの貫通孔（ビーム通過部）５を有する。ここで、例えば陰極２に負電圧を印加し陽極１をアース電位とすると、本実施形態の電荷粒子線レンズはイマージョンレンズとして機能する。
【００１５】
荷電粒子線を用いた露光装置では定期的な装置メンテナンスが必要なため、荷電粒子線レンズは定期的に大気にさらされることが避けられない。このとき、図１−１（ｃ）に示すように、電極（陽極１及び陰極２）表面及び電極と高抵抗膜４との界面には微小な酸化膜６が成長することがある。メンテナンス時の酸素が、直接作用したり、高抵抗膜４を拡散したりすることにより、電極（陽極１及び陰極２）の表面と界面が酸化すると考えられる。このとき、陽極１と陰極２間に高電圧を印加すると、界面にできた酸化膜６による抵抗上昇や接続不良により、電界集中が発生することがある。
【００１６】
本実施形態では、酸化膜と高抵抗膜４がほぼ同質な膜となるため、図１−１（ｂ）に示すように電極と高抵抗膜４の界面が電極側に酸化膜の厚さだけシフトしたことと等価と見なすことができ、界面での抵抗上昇を抑制できる。さらには、電極と高抵抗膜４は同一元素を含むので、良好な接続を確保することができる。よって、電極と高抵抗膜４の界面での高抵抗化や接続不良による電界集中を抑えられ、著しく耐圧性を向上させることができる。
【００１７】
図１−２は第１の実施形態におけるアインツェル型レンズの構成を示す図である。同図において、１は陽極、２は陰極、３は絶縁体、４は高抵抗膜、５は不図示の光源から放出された荷電粒子が通過する貫通孔である。陽極１及び陰極２は、共に、厚さ100μm、直径101.6mmの円盤状のジルコニウム板であり、体積抵抗率は4×10−9[Ω・cm]である。絶縁体３は、厚さ400μm、直径101.6mmの円板状硼珪酸ガラスである。高抵抗膜４は、ジルコニウムに酸素を添加して抵抗を調整した膜であり、体積抵抗率1×1012[Ω・cm]、厚さ500nmである。貫通孔５の開口径は陽極１、陰極２においてはそれぞれ30μmで、絶縁体３においては4mmである。ここで、陽極１、陰極２は絶縁体３を挟み、円盤状の円の中心軸をそろえて配置されている。
【００１８】
次に、このアインツェル型レンズの製造方法を説明する。陽極１、陰極２においては、高精度のフォトリソグラフィと電解エッチングによりジルコニウム板に貫通孔５を形成した。絶縁体３においては、サンドブラスト加工により貫通孔５を形成し、ウェ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処理した。次に、これらの加工をした２枚の陽極１、１枚の陰極２、２枚の絶縁体３を、陽極１、絶縁体３、陰極２、絶縁体３、陽極１の順番で中心軸をあわせて接合する。接合には耐熱性のあるシリコーン系の接着剤を使って張り合わせた。次に、酸素ガスを導入しながらジルコニウムターゲットをスパッタして形成した膜のリフトオフプロセスにより高抵抗膜４を形成すると、図１−２に示す構成となる。
【００１９】
この構成にすることで、陽極１及び陰極２と高抵抗膜４の接続面で高電界がかかることがなくなるため耐圧性が向上する。実際に陰極２に−3.7kVを印加し、２枚の陽極１をアース電位として、貫通孔５に電子ビームを通過させたところ、放電は観測されなかった。また複数のメンテナンス工程を経て、同様な方法で貫通孔５に電子ビームを通過させたところ、放電は観測されなかった。こうして、所望のレンズ作用を安定に長時間保つことができ信頼性の高い電子レンズを構成できることが確認された。
【００２０】
（第２の実施形態）
次に、図２を用いて第２の実施形態を説明する。図２（ａ）は第２の実施形態の荷電粒子線レンズの構成概略断面図である。図に示すように第２の実施形態では、第１の実施形態における陽極１及び陰極２に導電膜７を形成している。導電膜７は少なくとも陽極１及び陰極２と高抵抗膜４との間に配置されるが、陽極１及び陰極２を覆う構成にしてもよい。
【００２１】
導電膜７は、第１の実施形態の陽極１及び陰極２と同様に各種金属、各種半導体などから構成され、体積抵抗率は1×103[Ω・cm]以下である。高抵抗膜４は導電膜７と同種の元素を含むが、導電膜７とは抵抗値が異なり、体積抵抗率は1×104[Ω・cm]以上1×1014[Ω・cm]以下で、好ましくは1×109[Ω・cm]以上1×1012[Ω・cm]以下である。このとき、陽極１及び陰極２の材料は、高抵抗膜４や導電膜７と独立に選択できるので、第１の実施形態より加工性の良い材料を選択することが可能になる。以上のように、第２の実施形態の構成にすることで、レンズ加工精度をさらに向上させつつ、著しく耐圧性を向上させることができる。
【００２２】
図２（ｂ）は第２の実施形態におけるアインツェル型レンズの構成を示す図である。本アインツェル型レンズは、以下で説明する箇所以外は、第１の実施形態におけるアインツェル型レンズと同様の材料・寸法及び製造方法で作製される。陽極及び陰極は、加工性の良い両面研磨単結晶円板状シリコン基板を用いる。図２（ｂ）において、７は導電膜である。導電膜７はジルコニウムで、体積抵抗率4×10−9[Ω・cm]、膜厚300nmで、陽極１及び陰極２の三重点９を覆うように形成される。
【００２３】
第１の実施形態におけるアインツェル型レンズと同様に貫通孔の形成と接合を行った後、スパッタ膜のリフトオフプロセスにより導電膜7を形成し、さらに同様に高抵抗膜４を形成すると図２（ｂ）に示す構成となる。この構成にすることで、陽極１及び陰極２の材料を自由に選択でき、レンズの加工精度を向上させつつ、放電の発生を抑制することができる。実際に陰極２に−3.7kVを印加し、２枚の陽極１をアース電位として、貫通孔５に電子ビームを通過させたところ、放電は観測されなかった。また複数のメンテナンス工程を経て、同様な方法で貫通孔５に電子ビームを通過させたところ、放電は観測されず、所望のレンズ作用を安定に長時間保つことができ信頼性の高い電子レンズを構成できることが確認された。
【００２４】
（第３の実施形態）
次に、図３−１を用いて第３の実施形態を説明する。図３−１（ａ）は第３の実施形態の荷電粒子線レンズの構成概略断面図である。図３−１（ｂ）は図３−１（ａ）の点線で囲むエリアＢの拡大図である（高抵抗膜４は不図示）。図３−１（ｂ）に示すように第３の実施形態では、陽極１の外周側面ａは、陰極２の外周側面ｃ及び絶縁体３の最外側面ｂそれぞれより内側（貫通孔５側）に配置されている。
【００２５】
静電型の荷電粒子線レンズは、電極が絶縁体を介して積層された構造であり、真空領域と絶縁体と電極との境界は三重点９となる。その電極間に電界を印加した際、電界集中効果による陰極側三重点からの電子の放出や、絶縁体表面における二次電子なだれ現象などにより、絶縁体表面において沿面放電が生じやすくなる。
【００２６】
本実施形態では、図３−１（ｂ）に示すように、高抵抗膜４が形成された部分の絶縁体沿面距離８は絶縁体３の厚さより長くなる。図３−１（ｃ）で示す破線はこの形状における等電位線であり、レンズ周辺部における陰極側三重点９にかかる電界は緩和されることが分かる。以上のように、本実施形態によれば沿面距離を絶縁体３の厚み以上に確保し、陰極三重点９の電界を緩和し、さらには電極と高抵抗膜４は同一元素を含むので、良好な接続を確保しつつ界面の電界集中を抑えることができる。よって、本実施形態の構成によれば著しく耐圧性を向上させることができる。ここでも、第２の実施形態のように導電膜７を介して陽極１及び陰極２と高抵抗膜４を接続する構成にしてもよい。
【００２７】
図３−２は第３の実施形態におけるアインツェル型レンズの構成を示す図である。本アインツェル型レンズは、以下で説明する箇所以外は第１の実施形態におけるアインツェル型レンズと同様の材料・寸法及び製造方法で作製される。図３−２において、１は陽極である。陽極１は厚さ100μm、直径98μmの円盤状のジルコニウム板であり、陰極２及び絶縁体３の直径よりも小さい。高抵抗膜４はジルコニウムに酸素を添加して抵抗を調整した膜であり、体積抵抗率1×1012[Ω・cm]、厚さ500nmである。
【００２８】
第１の実施形態におけるアインツェル型レンズと同様に貫通孔の形成と接合を行った後、スパッタ膜のリフトオフプロセスにより高抵抗膜４を形成すると図３−２に示す構成となる。この構成にすることで、レンズ周辺部における陰極側三重点９の電界が緩和し、絶縁体沿面距離が長くなるため耐圧性がさらに向上する。実際に陰極２に−3.7kVを印加し、２枚の陽極１をアース電位として、貫通孔５に電子ビームを通過させたところ、放電は観測されなかった。また、複数のメンテナンス工程を経て、同様な方法で貫通孔５に電子ビームを通過させたところ、放電は観測されず、所望のレンズ作用を安定に長時間保つことができ信頼性の高い電子レンズを構成できることが確認された。
【符号の説明】
【００２９】
１・・陽極、２・・陰極、３・・絶縁体、４・・高抵抗膜、５・・貫通孔（ビーム通過部）、７・・導電膜
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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