(57)【要約】【課題】レンズ周辺部での沿面放電の発生を抑制して耐圧性を向上させた荷電粒子線レンズを提供することである。【解決手段】荷電粒子線レンズは、板状の陽極１１と、板状の陰極１２と、陽極１１と陰極１２の間に配置される絶縁体１３を有する。絶縁体１３と陽極１１と陰極１２がそれぞれ荷電ビームを通す一つ以上のビーム通過部１４を持ち、ビーム通過部１４の周りにおいて、陽極１１の外周側面aは絶縁体１３の最外側面c及び陰極１２の外周側面bそれぞれより、ビーム通過部１４に近い内側に配置されている。【選択図】図１
2013149751.tif 000002
【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、
前記ビーム通過部の周りにおいて、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、前記ビーム通過部に近い内側に配置されていることを特徴とする荷電粒子線レンズ。
【請求項２】
前記絶縁体の少なくとも最外側面に導電膜が形成され、前記導電膜が少なくとも前記陰極と電気的に接続し、前記導電膜と前記陽極が離間して配置されてい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。
【請求項３】
前記導電膜が、前記陽極のある前記絶縁体の面と同一平面まで延伸していることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項４】
前記陰極と前記陽極または前記導電膜と前記陽極の離間部は高抵抗膜で覆われていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項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、特に露光装置など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を向上させるための提案としては、電圧印加部を有する基板の基板間絶縁体と接する部位と電圧印加部との間に絶縁部を配置し、電圧印加部と絶縁体とを電気的に分離（絶縁）するといった手法がある(特許文献１参照)。また、荷電粒子線以外の分野では、超電導装置の熱アンカーにて、陽極と絶縁体の間に金属膜を配置することで、陽極側の三重点における電界集中を緩和し放電を抑制する提案がある(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２００５-５７１１０号公報
【特許文献２】特開２００４-１６５３６８号公報
【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に記載の構成をこうした高電界で使った場合、絶縁耐圧が不足し、放電する可能性があり得る。この放電は、上記特許文献２で開示している陽極側の三重点ではなく、陰極側の三重点が原因であることが分かった。そのメカニズムは以下の通りである。
【０００６】
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となる。その電極間に電界を印加した際、三重点からは電界集中によって電子が放出され、電子が絶縁体表面を叩いて二次電子を放出させる。その結果、絶縁体表面は正に帯電し、三重点近傍の電界をさらに強め、電界放出電子を増大させる。このような正帰還により、ついには絶縁体表面で二次電子雪崩現象が発生し、放電に至る。
【０００７】
更には、荷電粒子線レンズの小型化に伴い、レンズ組み立て時に、より繊細な位置合わせやハンドリングが求められるようになった。電子ビームが通過する近傍のスペーサは、電子ビーム軌道に影響しないよう特に詳細に位置合わせされるため、製造上の公差は主に周辺部で吸収しなければならない。この周辺部は、電子ビーム軌道には影響しないものの、電子ビーム近傍と同様の電界がかかるため、位置ずれがあると、形状的に電界が集中しやすく、放電の原因となることがあった。また周辺部は、組み立てや位置調整などの際のハンドリングに伴って、キズ、欠けなどの発生することがあり、これらも、形状的な電界集中による放電を助長することがあった。すなわち、電子ビームの通過する近辺よりも、むしろ周辺部の放電が問題となる場合があり、レンズ周辺部の陰極側三重点近傍の耐圧性に関し、更なる改善が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、を有する。そして、前記絶縁体と前記陽極と前記陰極がそれぞれ荷電ビームを通す一つ以上のビーム通過部を持ち、前記ビーム通過部の周りにおいて、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、前記ビーム通過部に近い内側に配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の荷電粒子線レンズによれば、ビーム通過部の周りの陽極の外周側面が上記の如くに配置されているので、レンズ周辺部における陰極側三重点での電界集中が緩和される。また、絶縁体の陽極側の面上も絶縁体沿面となり、絶縁体沿面距離を延ばすことが可能となる。この２つの効果により、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抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態における荷電粒子線レンズの構成概略断面、拡大部、及び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、拡大部、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】第３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４】第４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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の荷電粒子線レンズの特徴は、陽極の外周側面を絶縁体の最外側面及び陰極の外周側面それぞれより内側に配置することで、荷電粒子線レンズの耐圧性を向上させることである。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。
【００１２】
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〜図４を用いて、本発明の第１〜第４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。また、本発明において陰極とは、低電位側の電極と略同電位の導電体を含むものである。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は第１の実施形態の荷電粒子線レンズの構成概略断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の破線で囲むエリアAの一部拡大図である。図１（ａ）において、１１は板状の陽極、１２は板状の陰極であり、それぞれ金属または各種合金、各種半導体などから構成される。１３は板状の絶縁体であり、各種ガラスまたは各種セラミックから構成される。絶縁体１３の一方の面には少なくとも陽極１１が配置され、これと対向する面に少なくとも陰極１２が配置される。陽極１１と陰極１２は絶縁体１３を介して電気的に絶縁されている。陰極１２、陽極１１、絶縁体１３はそれぞれ不図示の光源から放出された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）１４を有する。陽極１１の外周側面aは、陰極１２の外周側面b、及び絶縁体１３の最外側面cそれぞれより内側（貫通孔１４に近い側）に配置されている。ここで、例えば陰極１２に負電圧を印加し陽極１１をアース電位とすると、イマージョンレンズとして機能する。
【００１４】
上記構成において、図１（ｂ）に示すように、絶縁体沿面距離１５は絶縁体１３の厚さより長くなる。また、図１（ｂ）で示す複数の湾曲した破線はこれらの形状の等電位線であり、貫通孔１４から離れた周りのレンズ周辺部における陰極側三重点１６にかかる電界が緩和されていることが分かる。以上のように沿面距離１５が絶縁体１３の厚み以上に確保できることと、陰極側三重点１６の電界を緩和することで、著しく耐圧性を向上させることができる。
【００１５】
図１（ｃ）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表す図であり、同図において、１１は陽極、１２は陰極、１３は絶縁体、１４は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１１は、厚さ１００μm、直径９８mmの両面研磨の円板状単結晶シリコン基板である。陰極１２は、厚さ１００μm、直径１０１.６mmの両面研磨の円板状単結晶シリコン基板である。絶縁体１３は、厚さ４００μm、直径１０１.６mmの円板状硼珪酸ガラスである。貫通孔１４の開口径は、陽極１１、陰極１２においてはそれぞれ３０μmで、絶縁体１３においては４mmである。ここで、陽極１１、陰極１２は絶縁体１３を挟み、貫通孔１４の中心軸を揃えて配置されている。
【００１６】
次に、図１（ｃ）に示すアインツェル型レンズの第１の実施形態の製造方法を説明する。陽極１１及び陰極１２においては、シリコンウエハに、高精度のフォトリソグラフィとドライエッチングにより貫通孔１４を形成する。絶縁体１３においては、サンドブラスト加工により貫通孔１４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する。図示例では１つの貫通孔を示すが、複数の貫通孔が形成されてもよい。次に、これらの加工をした２枚の陽極１１、１枚の陰極１２、２枚の絶縁体１３を、陽極１１、絶縁体１３、陰極１２、絶縁体１３、陽極１１の順番で中心軸を合わせて接合する。こうして、図１（ｃ）に示す構成となる。接合は、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。この構成にすることで、貫通孔１４から離れた周りのレンズ周辺部における陰極側三重点の電界が緩和し、絶縁体沿面距離が長くなるため、耐圧性が向上する。実際に、陰極１２に−３.７kVを印加し、２枚の陽極１１をアース電位として、貫通孔１４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にわたって保つことが出来た。この様に、本実施形態により、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。
【００１７】
（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）は本発明の第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り、図２（ｂ）は図２（ａ）の破線で囲むエリアBの拡大図である。図２（ａ）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絶縁体１３の最外側面の一部に導電膜２７を形成している。導電膜２７は陰極１２と電気的に接続し、陽極１１と離間して配置されている。導電膜２７は金属または各種合金、各種半導体などから構成される。荷電粒子線レンズの小型化、高精細化に伴い、レンズの組み立てには、より繊細な位置合わせ、ハンドリングが要求される。すなわち、各材料は小さく、薄くなるためハンドリングの際に欠損しやすくなる。レンズ周辺部においてキズや欠け、組立ズレが存在すると、電界の集中、電界強度の変化により、耐圧性が低下する場合がある。図２（ｂ）に示すような構成にすることで、レンズ周辺部において陰極側三重点近傍のキズd、欠けe、組立ズレf等が存在しても、これらの部位が同電位なため電界が殆どかからず、沿面放電の原因となることが抑制される。
【００１８】
本実施形態は、以下で説明する箇所以外は、第１の実施形態と同様の材料・寸法および製造方法で作製され得る。図２（ｃ）は第２の実施形態におけるアインツェル型レンズを表す図面であり、同図において２７は導電膜である。導電膜２７は白金で、膜厚は５００nm、膜幅（図２（ｃ）の上下方向の長さ）は３００μmで、陰極１２の外周を中心に、レンズ周辺部の陰極側三重点すべてを覆っている。第１の実施形態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２７を形成すると、図２（ｃ）に示す構成となる。この構成にすることで、レンズ周辺部の陰極側三重点近傍のキズ、欠け、組立ズレ等の部位に電位差を与えないため、沿面放電の発生を抑制することができる。実際に陰極１２に−３.７kVを印加し、２枚の陽極１１をアース電位として、貫通孔１４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、より長時間保つことが出来た。こうして、本実施形態によって、より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。
【００１９】
（第３の実施形態）
次に、図３を用いて第３の実施形態を説明する。図３（ａ）は本発明の第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（ａ）に示すように第３の実施形態では、第２の実施形態における絶縁体１３の最外側面上の導電膜が、陽極１１のある面と同一平面まで延伸した導電膜３７となっている。第３の実施形態の構成にすることで、絶縁体沿面３６を、平坦性が優れ特異点を持ちにくい絶縁体１３の平面上のみでとることが可能となり、耐圧性能はより向上する。第３の実施形態における絶縁体沿面３６の距離は第２の実施形態よりも若干短くなるにも関わらず絶縁耐圧性がより向上しているのは、電界のかかる沿面を平面性に優れる面で構成している効果が大きいためと考えられる。
【００２０】
本実施形態は、以下で説明する箇所以外は、第１の実施形態と同様の材料・寸法および製造方法で作製され得る。図３（ｂ）は第３の実施形態におけるアインツェル型レンズを表す図面であり、同図において３７は導電膜である。導電膜３７は白金で、膜厚は５００nmであり、陰極１２及び２枚の絶縁体１３の最外側面の全てと、２枚の絶縁体１３の陽極面上に最外側面から２００μm内側までを覆っている。第１の実施形態と同様に貫通孔１４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３７を形成すると、図３（ｂ）に示す構成となる。この構成にすることで、レンズ周辺部で電界がかかる面は、図３（ｂ）の絶縁体沿面に示す通り、板状の陽極１１の主平面のみとなる。この面は一般的に平坦性に優れ、ハンドリング時のキズ、欠け等も発生しにくい場所である。すなわち、絶縁体沿面上に、形状的に電界が集中する特異点を持つ可能性が低くなり、沿面放電の発生を抑制することができる。実際に陰極１２に−３.７kVを印加し、２枚の陽極１１をアース電位として、貫通孔１４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、より長時間保つことが出来た。こうして、本実施形態によって、より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。
【００２１】
（第４の実施形態）
次に、図４を用いて第４の実施形態を説明する。図４（ａ）は本発明の第４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４（ａ）に示すように、第４の実施形態では、第３の実施形態における絶縁体沿面を高抵抗膜４８で覆っている。高抵抗膜４８は金属酸化物、金属窒化物または半導体を母材として構成される。第４の実施形態の如き構成にすることで、陽極１１と導電膜３７の離間部、すなわち高抵抗膜４８の成膜部に電子が衝突しても帯電しなくなるため、耐圧性が向上する。第４の実施形態における高抵抗膜の如き構成を、また、第１や第２の実施形態に適用してもよい。すなわち、第２の実施形態において陽極１１と導電膜２７の離間部を高抵抗膜で覆った構成や、第１の実施形態において周辺部の絶縁体沿面の一部もしくは全部を高抵抗膜で覆った構成にしても良い。
【００２２】
本実施形態は、以下で説明する箇所以外は、第３の実施形態と同様の材料・寸法および製造方法で作製され得る。図４（ｂ）は第４の実施形態におけるアインツェル型レンズを表す図面であり、同図において４８は高抵抗膜である。高抵抗膜４８は酸化アルミニウムにタングステンを添加したもので、体積抵抗率が１×１０１１[Ω・cm]、膜厚は３００nmであり、陽極１１と導電膜３７の離間部を覆っている。第３の実施形態と同様に貫通孔１４の形成と接合を行った後、導電膜３７を形成し、さらにスパッタ膜のリフトオフプロセスにより高抵抗膜４８を形成すると、図４（ｂ）に示す構成となる。この構成にすることで、陽極１１と導電膜３７の離間部に電子が衝突しても帯電することはなくなるため、沿面放電の発生を抑制することができる。実際に、陰極１２に−３.７kVを印加し、２枚の陽極１１をアース電位として、貫通孔１４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、より長時間保つことが出来た。こうして、本実施形態によって、より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】
【００２３】
１１・・陽極、１２・・陰極、１３・・絶縁体、１４・・貫通孔（ビーム通過部）、a・・陽極外周側面、b・・陰極外周側面、c・・絶縁体最外側面
【図１】
2013149751.tif 000003
【図２】
2013149751.tif 000004
【図３】
2013149751.tif 000005
【図４】
2013149751.tif 000006