(57)【要約】【課題】面電子ビーム源からの電子ビームが描画する像の像面湾曲を低減し、かつ、歪曲収差を補正する。【解決手段】複数の電子ビーム発生源が配列された面電子ビーム源と、複数の電子ビーム発生源のそれぞれに対応してそれぞれ設けられた複数のコンデンサレンズを有するコンデンサレンズアレイと、複数の電子ビーム発生源からの複数の電子ビームがコンデンサレンズアレイを介して入射され、複数の電子ビームによる像を縮小する電子レンズと、を備え、複数の電子ビーム発生源のうち、中心から遠い第１電子ビーム発生源は中心から近い第２電子ビーム発生源と比較して高いエネルギーで電子を放出し、複数のコンデンサレンズのうち、第１電子ビーム発生源に対応する第１コンデンサレンズは、第２電子ビーム発生源に対応する第２コンデンサレンズと比較して焦点距離を長くする電子ビーム照射装置を提供する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子ビーム発生源が配列された面電子ビーム源と、
前記複数の電子ビーム発生源のそれぞれに対応してそれぞれ設けられた複数のコンデンサレンズを有するコンデンサレンズアレイと、
前記複数の電子ビーム発生源からの前記複数の電子ビームが前記コンデンサレンズアレイを介して入射され、前記複数の電子ビームによる像を縮小する電子レンズと、
を備え、
前記複数の電子ビーム発生源のうち、中心から遠い第１電子ビーム発生源は中心から近い第２電子ビーム発生源と比較して高いエネルギーで電子を放出し、
前記複数のコンデンサレンズのうち、前記第１電子ビーム発生源に対応する第１コンデンサレンズは、前記第２電子ビーム発生源に対応する第２コンデンサレンズと比較して焦点距離を長くする
電子ビーム照射装置。
【請求項２】
前記第１電子ビーム発生源は、前記第２電子ビーム発生源よりも高いエネルギーで電子を放出して、前記第１電子ビーム発生源から出力して前記電子レンズの縁部側を通る電子ビームの、前記電子レンズにおける屈折角を小さくすると共に、前記電子レンズにおける焦点距離を伸ばす請求項１に記載の電子ビーム照射装置。
【請求項３】
前記第１コンデンサレンズは、前記第２コンデンサレンズよりも焦点距離を長くして、前記第１電子ビーム発生源から出力して前記電子レンズの縁部側を通る電子ビームの、前記電子レンズにおける屈折角を変えずに、前記電子レンズにおける焦点距離を伸ばす請求項１または２に記載の電子ビーム照射装置。
【請求項４】
前記第１電子ビーム発生源および前記第２電子ビーム発生源は、前記面電子ビーム源の中心に対して同心円状に配置される請求項１から３のいずれか一項に記載の電子ビーム照射装置。
【請求項５】
前記複数の電子ビーム発生源のそれぞれは、互いに電気的に絶縁される請求項１から４のいずれか一項に記載の電子ビーム照射装置。
【請求項６】
前記複数の電子ビーム発生源のそれぞれは、前記コンデンサレンズアレイの対応するコンデンサレンズとの組み合わせ毎にオフセットバイアスが印加され、当該オフセットバイアスに応じたエネルギーの電子を放出する請求項５に記載の電子ビーム照射装置。
【請求項７】
前記複数の電子ビーム発生源は、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電子放出部をそれぞれ有する請求項１から６のいずれか一項に記載の電子ビーム照射装置。
【請求項８】
前記電子放出部は、ナノ結晶を有する請求項７に記載の電子ビーム照射装置。
【請求項９】
前記電子放出部は、ナノ結晶となる結晶材料に応じて予め定められた表面積と厚さを有する複数のナノ結晶領域を含む請求項８に記載の電子ビーム照射装置。
【請求項１０】
前記電子放出部は、放出する電子をトンネリングさせる絶縁膜を有する請求項７に記載の電子ビーム照射装置。
【請求項１１】
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を複数備えるマルチ電子ビーム照射装置。
【請求項１２】
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を調整する方法であって、
前記複数の電子ビーム発生源のうち、予め定められた一の電子ビーム発生源から電子ビームを照射する段階と、
前記電子ビーム照射装置の前記電子レンズが前記複数の電子ビームによる像を結像すべき面上に、直交する２つのスリットを配置する段階と、
前記直交する２つのスリットによって形成される開口を通る電子ビームを検出する段階と
を備える調整方法。
【請求項１３】
前記複数のコンデンサレンズのうち、前記一の電子ビーム発生源に対応する一のコンデンサレンズの焦点距離を調整して、前記一の電子ビーム発生源の３次以上の像面の歪を、３次未満の歪に補正する段階と、
前記一の電子ビーム発生源が照射する電子のエネルギーを調整して、像面湾曲を補正し、かつ、歪曲収差を低減する段階とを備える
請求項１２に記載の調整方法。
【請求項１４】
一以上の請求項１から１０のいずれか一項に記載の電子ビーム照射装置と、
前記一以上の電子ビーム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、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、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、調整方法、および電子ビーム露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細パターンが設けられる半導体集積回路は、電子ビーム露光装置を用い、パターンデータに応じて電子ビームを半導体基板に直接描画して当該微細パターンを形成していた（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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、描画するパターンの微細化と、半導体ウェハの大口径化が進むことにより、電子ビーム露光装置のスループットが低下していた。例えば、描画すべき画素数が３０年程度で２万倍程度に増加しているので、１枚の半導体ウェハを１０時間以上かけて描画する場合も生じていた。このようなスループットを改善する目的で、電子ビーム発生装置を小型化する動向にあるが、実際に作製して動作させると像面湾曲等が生じ、描画すべき像に歪み生じさせていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、複数の電子ビーム発生源が配列された面電子ビーム源と、複数の電子ビーム発生源のそれぞれに対応してそれぞれ設けられた複数のコンデンサレンズを有するコンデンサレンズアレイと、複数の電子ビーム発生源からの複数の電子ビームがコンデンサレンズアレイを介して入射され、複数の電子ビームによる像を縮小する電子レンズと、を備え、複数の電子ビーム発生源のうち、中心から遠い第１電子ビーム発生源は中心から近い第２電子ビーム発生源と比較して高いエネルギーで電子を放出し、複数のコンデンサレンズのうち、第１電子ビーム発生源に対応する第１コンデンサレンズは、第２電子ビーム発生源に対応する第２コンデンサレンズと比較して焦点距離を長くする電子ビーム照射装置、マルチ電子ビーム照射装置、調整方法、および電子ビーム露光装置を提供する。
【０００５】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】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。
【図２】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３】本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の調整前の電子光学系の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。
【図４】本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の電子光学系に対して、第１調整した段階の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。
【図５】本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の電子光学系に対して、第２調整した段階の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。
【図６】本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の調整後の電子光学系の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。
【図７】本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の電子光学系の構成例をスリット部６１０および検出部６２０と共に示す。
【図８】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。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。
【０００８】
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を備える。本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００は、複数の電子ビームによって描画する像の像面湾曲を補正しつつ、歪曲収差を低減させる。電子ビーム露光装置１０００は、当該電子ビーム照射装置１００を用いて半導体ウェハ１０等に微細パターンを描画する。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
ステージ部１１０は、例えば、ステージの水平平面を移動するＸＹステージを有する。また、ステージ部１１０は、予め定められた回転軸を中心として回転移動するθステージを有してよい。また、ステージ部１１０は、ステージの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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、電子ビーム発生装置２００と、加速電極２３０と、電子レンズ２４０と、コンデンサレンズアレイ２５０とを備える。
【００１８】
電子ビーム発生装置２００は、制御信号に応じて、複数の電子ビームを発生させる。電子ビーム発生装置２００は、複数の電子ビーム発生源２１２が配列された面電子ビーム源である。電子ビーム発生装置２００は、基板２１０と、電子回路部２２０とを有する。
【００１９】
基板２１０は、複数の電子ビーム発生源２１２が設けられる。当該複数の電子ビーム発生源２１２は、基板２１０の一方の面にマトリクス状に配列されてよく、これに代えて、複数の電子ビーム発生源２１２は、面電子ビーム源の中心に対して同心円状に配置されてもよい。電子ビーム発生源２１２の詳細は後に説明する。基板２１０は、一例として、シリコン等の半導体結晶である。
【００２０】
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。
【００２１】
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、電子ビーム発生装置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。
【００２２】
加速電極２３０は、電子ビーム発生装置２００の電子ビームを出力する側に備わり、電子ビーム発生装置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、複数の電子ビーム発生源２１２に対応して、複数の貫通孔がマトリクス状に配列されてよく、これに代えて、同心円状に配置されてもよい。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。
【００２３】
電子レンズ２４０は、電子ビーム発生装置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にして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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、電子ビーム発生装置２００の対物レンズとして機能する。
【００２６】
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。
【００２７】
コンデンサレンズアレイ２５０は、複数の電子ビーム発生源２１２のそれぞれに対応してそれぞれ設けられた複数のコンデンサレンズを有する。複数のコンデンサレンズは、複数の電子ビーム発生源２１２に対応して、マトリクス状に配列されてよく、これに代えて、複数のコンデンサレンズは、面電子ビーム源の中心に対して同心円状に配置されてもよい。
【００２８】
コンデンサレンズは、対応する電子ビーム発生源２１２が出力する電子ビームを通過させる貫通孔を有し、当該貫通孔を通過する電子ビームに対して１以上の電子レンズとして機能する。コンデンサレンズは、一例として、貫通孔を有する複数の板状の電極を有し、当該複数の電極が電子ビーム発生源２１２の配列される面に平行にそれぞれ配置される。
【００２９】
以上の本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００は、複数の電子ビーム発生源２１２からの複数の電子ビームがコンデンサレンズアレイ２５０を介して電子レンズ２４０入射され、当該複数の電子ビームによる像を電子レンズ２４０が縮小する。このように、電子ビーム照射装置１００は、面電子ビーム源等の複数の電子ビームを発生させる電子ビーム発生装置２００を有し、１つの電子カラムから複数の電子ビームを試料に照射してスループットを向上させる。
【００３０】
図３は、本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の調整前の電子光学系の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。図３において、図２に示された本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００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。また、図２で説明した電子レンズ２４０およびコンデンサレンズアレイ２５０は、電子光学系を形成して電子ビームを結像するので、図３以降においては、光学レンズ等による光学系に類似させた表記で示す。
【００３１】
例えば、コンデンサレンズアレイ２５０は、複数のコンデンサレンズ２５２を有し、対応する電子ビーム発生源２１２が出力する電子ビームを集光して電子レンズ２４０に出力する。ここで、図３は、５つの電子ビーム発生源２１２ａ〜２１２ｅが対応する５つのコンデンサレンズ２５２ａ〜２５２ｅに向けてそれぞれ電子ビームを出力する例を示す。
【００３２】
複数の電子ビーム発生源２１２のそれぞれは、電子放出部３００と、第１電極部３１０と、第２電極部３２０と、絶縁部３３０と、第３電極部３５０とを有する。電子放出部３００は、駆動電圧に応じて電子をそれぞれ放出する。複数の電子放出部３００のそれぞれは、例えば、ナノ結晶を有する。この場合、電子放出部３００は、ナノ結晶シリコンで形成される。
【００３３】
より具体的には、電子放出部３００は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法等によって、成膜されたポリシリコン層が、フッ化水素（ＨＦ）水溶液中において陽極活性される。そして、当該ポリシリコン層は、ＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ−Ｔｈｅｒｍａｌ−Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）法による酸化工程、ＨＷＡ（Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｗａｔｅｒ  ｖａｐｏｒ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法によるアニール工程、およびＳＣＲＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｒｉｎｓｅ  ａｎｄ  Ｄｒｙ）法による乾燥工程を経て、欠陥の少ないナノ結晶シリコンが形成される。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
そこで、電子放出部３００は、表面を凹面形状の凹部にしてもよい。これによって、当該凹面形状を平坦な形状にした場合の電子放出量に比べてより多くの電子を有効な電子ビームとして外部に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、平坦な形状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。
【００３７】
また、複数の電子放出部３００のそれぞれは、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もよい。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。
【００３８】
また、電子ビーム発生源２１２のそれぞれは、第１電極部３１０と、第２電極部３２０と、絶縁部３３０と、第３電極部３５０とを含む。
【００３９】
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、開口を有し、基板２１０の複数の電子放出部３００が設けられる一方の面に板状に形成され、対応する電子放出部３００との電位差によって当該開口から電子ビームを集束させて出力させる。開口は、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。開口は、円形の貫通孔でよい。
【００４０】
複数の第１電極部３１０は、電気的にそれぞれ絶縁され、予め定められた定電圧がそれぞれ印加される。第１電極部３１０は、一例として、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を有する。当該接続部は、第１電極部と電気的に接続され、メッキ等で導電性物質が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。
【００４１】
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。
【００４２】
第２電極部３２０は、複数の電子放出部３００のそれぞれに設けられ、当該電子放出部３００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第１電極部３１０の開口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通過させる程度に薄く形成される。複数の第２電極部３２０は、電気的にそれぞれ絶縁され、予め定められた定電圧がそれぞれ印加される。
【００４３】
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。
【００４４】
第２電極部３２０は、一例として、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を含む。当該接続部は、第２電極部に電気的に接続され、メッキ等で導電性物質が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。
【００４５】
絶縁部３３０は、複数の電子放出部３００のそれぞれと、対応する第１電極部３１０の間に設けられ、絶縁材料で形成される。絶縁部３３０は、電子放出部３００と対応する第１電極部３１０との予め定められた距離を離間させ、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。
【００４６】
また、絶縁部３３０は、隣り合う電子放出部３００、第１電極部３１０、および第２電極部３２０の間に形成され、それぞれを絶縁する。即ち、複数の電子ビーム発生源２１２のそれぞれは、互いに電気的に絶縁されることになる。絶縁部３３０は、樹脂等で形成されてよく、これに代えて、ＣＶＤ法等によって成膜される酸化シリコン膜でよい。
【００４７】
第３電極部３５０は、基板２１０の複数の電子放出部３００が形成される上面とは反対側の下面に、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。
【００４８】
電子回路部２２０は、基板２１０の下面に形成され、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。
【００４９】
ここで電子回路部２２０は、一例として、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を有し、当該電極部が対応する第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、当該電極部を介して駆動電圧を供給する。電極部は、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。
【００５０】
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をさらに有してよい。当該接続部は、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。
【００５１】
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。
【００５２】
ここで、複数の電子ビーム発生源２１２がそれぞれ電気的に絶縁されているので、電子ビーム発生源２１２のそれぞれは、コンデンサレンズアレイ２５０の対応するコンデンサレンズ２５２との組み合わせ毎にオフセットバイアスが印加され、当該オフセットバイアスに応じたエネルギーの電子を放出する。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。
【００５３】
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、第１電極部３１０の開口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、平面状、凹面状、球面状、または放物面状に形成される電子放出部３００を有してよい。即ち、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の方向に合わせて、当該開口に集束させやすくする形状に設計されてよく、これによって発生する電子ビームの密度を高めることができる。
【００５４】
電子ビーム発生源２１２は、発生させた電子ビームを後段のコンデンサレンズアレイ２５０、加速電極２３０、および電子レンズ２４０を介して半導体ウェハ１０に照射させる。例えば、電子回路部２２０は、第１電極部３１０および第２電極部３２０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、第２電極部３２０に−２０ｋＶを、対応する第１電極部３１０に−２０ｋＶ＋１５０Ｖを印加する。
【００５５】
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、電子ビーム発生源２１２毎に異なるオフセットバイアスを印加する。即ち、電子回路部２２０は、電子ビーム発生源２１２に対して、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。
【００５６】
以上の本実施例に係る電子ビーム発生装置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。これによって、電子ビーム発生装置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。
【００５７】
ここで、本実施例に係る電子ビーム発生装置２００において、複数の電子ビーム発生源２１２の第１電極部３１０、第２電極部３２０、および第３電極部３５０に、略同一のオフセットバイアスで複数の電極部毎に略同一の駆動電圧がそれぞれ印加される場合を、調整前の状態の例として図３に示す。この場合、複数の電子ビーム発生源２１２は、それぞれ略同一のエネルギー（速度）で電子を出力し、コンデンサレンズアレイ２５０および加速電極２３０を通過した互いに略平行な電子ビームが電子レンズ２４０に入射する。
【００５８】
従来のシングルビーム出力の電子ビーム発生装置は、電子光学系の光軸に対して電子ビームが通過する経路が当該光軸近傍に集中するので、当該経路を計算する場合に、ｓｉｎ（θ）はθに、ｃｏｓ（θ）は１に、ｔａｎ（θ）はθにそれぞれ略等しいとする近似（近軸近似）を用いて計算していた。本実施例に係る電子ビーム照射装置１００は、面電子ビーム源を用いて光軸から離れた位置にも電子ビームの経路が存在するので、このような近似計算に基づく光学系を用いた場合、光軸近辺の電子ビームに対して、光軸から離れた電子ビームの結像位置に収差が発生する（軸外収差）。
【００５９】
このような軸外収差は、光軸Ｏ'−Ｏから離れた経路を通過する電子ビームは、光軸から離れれば離れるほど収差が大きくなる傾向を示す。例えば、電子ビーム発生源２１２ｃは、光軸Ｏ'−Ｏ近辺を通過する電子ビームを出力するので、半導体ウェハ１０の表面上のＯ点に電子ビームを集光させることができる一方で、電子ビーム発生源２１２ｂから出力される電子ビームはＢ１点に、電子ビーム発生源２１２ａから出力される電子ビームはＡ１点に集光してしまう。
【００６０】
このように、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像は、近軸近似を用いた電子光学系を用いると、一例として、図３のＰ−Ｏ−Ｑ曲線に示すように、放物面状に結像することになる。したがって、従来の電子光学系を用いると、電子ビーム照射装置１００は、像面湾曲を有する像を半導体ウェハ１０の表面上に描画することになる。
【００６１】
そこで、本実施例に係る電子ビーム照射装置１００は、当該像面湾曲を補正する。また、電子ビーム照射装置１００は、当該像面湾曲の補正に伴う歪曲収差を低減させる。
【００６２】
図４は、本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の電子光学系に対して、第１調整した段階の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。図４において、図２および図３に示された本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００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。電子ビーム照射装置１００は、像面湾曲を補正すべく、第１調整を実行する。
【００６３】
第１調整として、複数のコンデンサレンズ２５２のうち、中心から遠い第１電子ビーム発生源に対応する第１コンデンサレンズは、中心から近い第２電子ビーム発生源に対応する第２コンデンサレンズと比較して焦点距離を長くする。即ち、第１コンデンサレンズは、第２コンデンサレンズよりも焦点距離を長くして、第１電子ビーム発生源から出力して電子レンズ２４０の縁部側を通る電子ビームの、電子レンズ２４０における屈折角を変えずに、電子レンズ２４０における焦点距離を伸ばす。
【００６４】
図４の例において、光軸Ｏ'−Ｏから離れた位置を通過する電子ビームを出力する電子ビーム発生源２１２ａおよび電子ビーム発生源２１２ｂに対応するコンデンサレンズ２５２ａおよびコンデンサレンズ２５２ｂは、光軸Ｏ'−Ｏの近傍を通過する電子ビームを出力する電子ビーム発生源２１２ｃに対応するコンデンサレンズ２５２ｃに比べて、焦点距離を長くする。即ち、コンデンサレンズ２５２ａおよびコンデンサレンズ２５２ｂは、コンデンサレンズ２５２ｃに比べて、電子ビームの集光効果を弱くして焦点距離を長くし、電子レンズ２４０の縁部側を通過する電子ビームの屈折角を変えずに、電子レンズ２４０によって結像する位置を伸ばす。
【００６５】
例えば、コンデンサレンズ２５２ａは、電子ビーム発生源２１２ａから出力される電子ビームの焦点距離を長くして、当該電子ビームの屈折角を変えずに、電子レンズ２４０によって結像する位置をＡ１点からＡ２点に伸ばす。また、コンデンサレンズ２５２ｂは、電子ビーム発生源２１２ｂから出力される電子ビームの焦点距離を長くして、当該電子ビームの屈折角を変えずに、電子レンズ２４０によって結像する位置をＢ１点からＢ２点に伸ばす。
【００６６】
このように、第１調整は、光軸から離れるにつれて、コンデンサレンズ２５２の焦点距離を長くし、電子レンズ２４０の縁部側を通過する電子ビームの屈折角を変えずに、電子レンズ２４０によって結像する位置を電子ビームの光軸からの距離に応じて伸ばす。これによって、複数の電子ビームがＰ−Ｏ−Ｑ曲線に結像していた像を、半導体ウェハ１０の表面上に結像させることができる。即ち、本実施例に係る電子ビーム照射装置１００は、第１調整を実行することで像面湾曲を補正することができる。
【００６７】
電子ビーム照射装置１００が第１調整を実行した場合、電子レンズ２４０による屈折角は変更していない。したがって、例えば、電子ビーム発生源２１２ａ、電子ビーム発生源２１２ｂ、および電子ビーム発生源２１２ｃからそれぞれ出力する等間隔の複数の電子ビームは、半導体ウェハ１０の表面上に不当間隔に結像することになる。特に、電子光学系の光軸から離れた位置の経路を通過する電子ビームほど、中心からより離れた位置に結像するので、電子ビーム発生源２１２の実装面積の増加に伴い、糸巻き状の歪曲収差が発生することになる。
【００６８】
図５は、本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の電子光学系に対して、第２調整した段階の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。図５において、図２および図３に示された本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００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。電子ビーム照射装置１００は、像面湾曲を補正すべく、第２調整を実行する。
【００６９】
第２調整として、複数の電子ビーム発生源２１２のうち、中心から遠い第１電子ビーム発生源は、中心から近い第２電子ビーム発生源と比較して高いエネルギーで電子を放出する。即ち、第１電子ビーム発生源は、第２電子ビーム発生源よりも高いエネルギーで電子を放出して、第１電子ビーム発生源から出力して電子レンズ２４０の縁部側を通る電子ビームの、電子レンズ２４０における屈折角を小さくすると共に、電子レンズ２４０における焦点距離を伸ばす。
【００７０】
図５の例において、光軸Ｏ'−Ｏから離れた位置を通過する電子ビームを出力する電子ビーム発生源２１２ａおよび電子ビーム発生源２１２ｂは、光軸Ｏ'−Ｏの近傍を通過する電子ビームを出力する電子ビーム発生源２１２ｃに比べて、高いエネルギーで電子を放出する。即ち、電子ビーム発生源２１２ａおよび電子ビーム発生源２１２ｂは、電子ビーム発生源２１２ｃに比べて、高いオフセット電圧が印加され、電子レンズ２４０の縁部側を通過する電子ビームの屈折角を小さくすると共に、電子レンズ２４０によって結像する位置を伸ばす。
【００７１】
例えば、電子ビーム発生源２１２ａは、電子ビーム発生源２１２ｂおよび電子ビーム発生源２１２ｃに比べて高いオフセット電圧が印加され、出力された電子ビームは、電子レンズ２４０による屈折角を小さくしつつ、焦点距離を伸ばすので、結像する位置をＡ１点からＡ３点に調整される。また、電子ビーム発生源２１２ｂは、電子ビーム発生源２１２ｃに比べて高いオフセット電圧が印加され、出力された電子ビームは、電子レンズ２４０による屈折角を小さくしつつ、焦点距離を伸ばすので、結像する位置をＢ１点からＢ３点に調整される。
【００７２】
このように、第２調整は、光軸から離れるにつれて、電子ビーム発生源２１２から放出される電子のエネルギーを高くして、電子レンズ２４０の縁部側を通過する電子ビームの屈折角を小さくしつつ、電子レンズ２４０によって結像する位置を電子ビームの光軸からの距離に応じて伸ばす。これによって、複数の電子ビームがＰ−Ｏ−Ｑ曲線に結像していた像を、半導体ウェハ１０の表面上に結像させることができる。即ち、本実施例に係る電子ビーム照射装置１００は、第２調整を実行することで像面湾曲を補正することができる。
【００７３】
電子ビーム照射装置１００が第２調整を実行した場合、電子レンズ２４０による屈折角は、放出される電子のエネルギーに比例して小さくなる。したがって、例えば、電子ビーム発生源２１２ａ、電子ビーム発生源２１２ｂ、および電子ビーム発生源２１２ｃからそれぞれ出力する等間隔の複数の電子ビームは、半導体ウェハ１０の表面上に不当間隔に結像することになる。特に、電子光学系の光軸から離れた位置の経路を通過する電子ビームほど、より中心方向に近づく位置に結像するので、電子ビーム発生源２１２の実装面積の増加に伴い、樽状の歪曲収差が発生することになる。
【００７４】
図６は、本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の調整後の電子光学系の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。図６において、図２および図３に示された本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００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。電子ビーム照射装置１００は、像面湾曲の補正に伴う歪曲収差を低減させる。
【００７５】
本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００は、上記第１調整と、上記第２調整とを組み合わせて、像面湾曲を補正しつつ、当該像面湾曲に伴う歪曲収差を低減させる。即ち、電子ビーム照射装置１００は、複数の電子ビーム発生源のうち、中心から遠い第１電子ビーム発生源に、中心から近い第２電子ビーム発生源と比較して高いエネルギーで電子を放出させ、複数のコンデンサレンズのうち、第１電子ビーム発生源に対応する第１コンデンサレンズに、第２電子ビーム発生源に対応する第２コンデンサレンズと比較して焦点距離を長くさせる。
【００７６】
第１調整および第２調整の実行により、電子光学系の光軸から離れた位置の経路を通過する電子ビームほど、電子レンズ２４０による結像位置をより伸ばす方向に調整される。また、第１調整および第２調整の実行により、第１調整による糸巻き状の歪曲収差と、当該糸巻き状の歪曲収差とは傾向が逆の樽状の歪曲収差とを発生することができる。即ち、第１調整および第２調整の実行により、糸巻き状の歪曲収差と樽状の歪曲収差を同時に発生させて、歪曲収差を打ち消すことができる。
【００７７】
例えば、コンデンサレンズ２５２ａは、電子ビーム発生源２１２ａから出力される電子ビームの焦点距離を長くして、当該電子ビームの屈折角を変えずに、電子レンズ２４０によって結像する位置を伸ばす。また、電子ビーム発生源２１２ａは、電子ビーム発生源２１２ｂおよび電子ビーム発生源２１２ｃに比べて高いオフセット電圧が印加され、出力された電子ビームは、電子レンズ２４０による屈折角を小さくしつつ、焦点距離を伸ばす。
【００７８】
コンデンサレンズ２５２ａによる調整と、電子ビーム発生源２１２ａのオフセット電圧による調整とを組み合わせることで、電子ビーム発生源２１２ａから出力される電子ビームが結像する位置をＡ１点からＡ４点に調整することができる。ここで、半導体ウェハ１０の表面上におけるＯ点からの距離Ｏ−Ａ４は、図５におけるＯ−Ａ３間の距離よりも長く、図４におけるＯ−Ａ２間の距離よりも短くすることができる。
【００７９】
同様に、コンデンサレンズ２５２ｂは、電子ビーム発生源２１２ｂから出力される電子ビームの焦点距離を長くして、当該電子ビームの屈折角を変えずに、電子レンズ２４０によって結像する位置を伸ばす。また、電子ビーム発生源２１２ｂは、電子ビーム発生源２１２ｃに比べて高いオフセット電圧が印加され、出力された電子ビームは、電子レンズ２４０による屈折角を小さくしつつ、焦点距離を伸ばす。
【００８０】
コンデンサレンズ２５２ｂによる調整と、電子ビーム発生源２１２ｂのオフセット電圧による調整とを組み合わせることで、電子ビーム発生源２１２ｂから出力される電子ビームが結像する位置をＢ１点からＢ４点に調整することができる。ここで、半導体ウェハ１０の表面上におけるＯ点からの距離Ｏ−Ｂ４は、図５におけるＯ−Ｂ３間の距離よりも長く、図４におけるＯ−Ｂ２間の距離よりも短くすることができる。また、Ｏ−Ｂ４間の距離は、Ｂ４−Ａ４間の距離にほぼ一致するように調整することができる。
【００８１】
これによって、複数の電子ビームがＰ−Ｏ−Ｑ曲線に結像していた像を、半導体ウェハ１０の表面上に結像させることができる。即ち、本実施例に係る電子ビーム照射装置１００は、第１調整および第２調整を実行することで像面湾曲を補正することができる。また、第１調整による歪曲収差と第２調整による歪曲収差とを相殺させて、像面湾曲の補正に伴う歪曲収差を低減させることができる。
【００８２】
図７は、本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の電子光学系の構成例をスリット部６１０および検出部６２０と共に示す。図７において、図２および図３に示された本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００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。図７において、電子ビーム照射装置１００を調整する方法をより具体的に説明する。
【００８３】
電子ビーム照射装置１００の電子レンズ２４０が複数の電子ビームによる像を結像すべき面上に、半導体ウェハ１０に代えて、直交する２つのスリットを配置する。一例として、ｘ軸方向に形成され、ｙ軸方向に移動するｘ軸スリットと、ｙ軸方向に形成され、ｘ軸方向に移動するｙ軸スリットを組み合わせて配置する。
【００８４】
このようなｘ軸スリットとｙ軸スリットを組み合わせることで、１辺の長さがｘ軸スリットのスリット幅に等しく、当該１辺に直交する辺の長さがｙ軸スリットのスリット幅に等しい長方形または正方形の開口を、ｘｙ平面上に形成することができる。
【００８５】
また、ｘ軸スリットを固定しつつ、ｙ軸スリットをｘ軸方向に移動することで、当該開口を、固定したｘ軸スリット内において移動することができる。同様に、ｙ軸スリットを固定しつつ、ｘ軸スリットをｙ軸方向に移動することで、当該開口を、固定したｙ軸スリット内において移動することができる。したがって、ｘ軸スリットおよびｙ軸スリットを組み合わせてそれぞれの移動を制御することにより、１辺の長さがｘ軸スリットのスリット長に等しく、当該１辺に直交する辺の長さがｙ軸スリットのスリット長に等しい長方形または正方形内において、当該開口を移動させることができる。
【００８６】
そこで、電子ビーム照射装置１００が電子ビームを照射すべき領域において、当該開口を移動できるように、当該領域のｘ方向の長さ以上のスリット長のｘ軸スリットおよび当該領域のｙ方向の長さ以上のスリット長のｙ軸スリットを配置することが望ましい。また、開口の２辺の長さは、電子ビーム照射装置１００が照射する電子ビームの分解能と同程度であることが望ましい。このようなｘ軸スリットおよびｙ軸スリットを有するスリット部６１０と、当該スリット部６１０を通過した電子ビームを検出する検出部６２０とを備えることで、電子ビーム照射装置１００を調整することができる。
【００８７】
例えば、複数の電子ビーム発生源２１２のうち、予め定められた一の電子ビーム発生源２１２から電子ビームを照射する。図７は、電子ビーム発生源２１２ｃから電子ビームを出力させた例を示す。次に、スリット部６１０の直交する２つのスリットによって形成される開口を通る電子ビームを検出部６２０で検出する。ここで、電子ビームの検出は、例えば、スリット部６１０の開口を移動し、検出部６２０の検出結果が最大となる開口の位置を検出位置とする。
【００８８】
電子ビームの検出位置と、電子ビーム発生源２１２が当該電子ビームを照射すべき位置とに差がある場合、当該差に応じて、当該電子ビームの照射位置を調整する。例えば、図３で説明したように、無調整の状態における複数の電子ビームによる像が放物面を形成する場合は、図４から図６で説明した補正を実行することで、像面湾曲を補正しつつ、像面湾曲に伴う歪曲収差を低減させることができる。
【００８９】
また、電子ビームの照射位置が、複雑な電子光学系によってより複雑な歪みを有している場合においても、スリット部６１０および検出部６２０の組み合わせにより、電子ビームの照射位置を具体的に検出できるので、同様に調整することもできる。
【００９０】
例えば、複数のコンデンサレンズ２５２のうち、一の電子ビーム発生源２１２に対応する一のコンデンサレンズ２５２の焦点距離を調整して、一の電子ビーム発生源２１２の３次以上の像面の歪を、３次未満の歪に補正する。これによって、電子ビームの焦点位置を伸縮することができる。
【００９１】
また、次に、一の電子ビーム発生源２１２が照射する電子のエネルギーを調整する。これによって、電子ビームの焦点位置をＸＹ表面上を含めて移動させることができる。ここで、このような第１調整および第２調整を必要に応じて繰り返してもよい。このように、本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００は、電子ビーム発生源２１２の電子ビームの焦点位置を、適切な照射位置に調整して、像面湾曲を補正し、かつ、歪曲収差を低減することができる。
【００９２】
また、図７の電子ビーム発生源２１２は、本実施形態に係る電子ビーム発生源２１２の変形例を示す。即ち、本変形例の電子ビーム発生源２１２の電子放出部３００は、ナノ結晶となる結晶材料に応じて予め定められた表面形状と厚さを有する複数のナノ結晶領域を含む。電子放出部３００がナノワイヤで形成される場合、当該ナノワイヤが形成される向きと、電子ビームを放出する向きとが同一の方向を向くことが望ましい。
【００９３】
ここで、ナノワイヤは、ナノ結晶となる結晶材料をエッチングして形成される場合、エッチングが容易な方向に当該ナノワイヤが向いて形成されやすい。そこで、結晶材料のエッチングされやすい配向方向を、ナノワイヤを形成すべき方向に合わせて成膜することが望ましい。
【００９４】
また、結晶材料は、エッチングが容易な方向を複数有するので、ナノワイヤのサイズに比べて大きな体積の結晶をエッチングして複数のナノワイヤを形成すると、複数の方向を向く場合が生じる。そこで、予め定められた方向にナノワイヤを形成すべく、予め定められた方向には形成すべきナノワイヤの長さを有し、それ以外の方向は形成すべきナノワイヤの長さ未満の長さにした結晶領域を形成する。
【００９５】
即ち、電子ビームの放出方向が基板２１０の垂直上向き方向とした場合、当該放出方向は、ナノ結晶の結晶材料を成膜する場合の厚さ方向となる。この場合、例えば、電子放出部３００として、厚さをナノワイヤの長さ以上の厚さにし、ナノワイヤの長さ未満の直径を有する円柱形状の結晶材料を複数成膜することで、予め定められた方向を向くナノワイヤを複数形成することができる。これに代えて、電子放出部３００として、結晶材料断面がナノワイヤの長さ未満の対角線となる四角形形状で、厚さをナノワイヤの長さ以上の厚さにした結晶材料を複数成膜してもよい。
【００９６】
この場合、仮に、異なる方向にナノワイヤが形成されても、当該ナノワイヤの一端および／または他端は、上部または下部電極から大きく離れることになり、当該ナノワイヤに注入される電流を小さく抑えることができ、電子ビームの放出方向とは異なる方向に放出される電子の量を低減することができる。ここで、望ましいナノワイヤの長さは、結晶材料等に応じて異なり、例えば、シリコンナノワイヤの場合、数百ｎｍから数μｍ程度であり、より望ましくは、２〜３μｍである。
【００９７】
また、ナノワイヤの一端が下部電極と電気的に接触する界面領域に、大電流が流れる場合がある。そこで、当該界面領域を占める材料を、大電流が流れた場合のジュール熱によって相転移し、抵抗率が増大して電流を抑制する物質、例えばカルコゲナイド系化合物等にすることにより、上部電極と下部電極が電気的に短絡することを防止してもよい。
【００９８】
図８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。
【００９９】
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から図７で説明した。
【０１００】
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。
【０１０１】
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電子ビーム発生装置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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【符号の説明】
【０１０４】
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  電子ビーム発生装置、２１０  基板、２１２  電子ビーム発生源、２２０  電子回路部、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、２５０  コンデンサレンズアレイ、２５２  コンデンサレンズ、３００  電子放出部、３１０  第１電極部、３２０  第２電極部、３３０  絶縁部、３５０  第３電極部、６１０  スリット部、６２０  検出部、１０００  電子ビーム露光装置
【図１】
2016105428.tif 000003
【図２】
2016105428.tif 000004
【図３】
2016105428.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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