(57)【要約】【課題】本発明は、複数の光軸を有する電子光学系で高スループットにパターン形成或いは試料の評価を行う装置では、電子銃を高輝度にすることが困難であった。【解決手段】パターン形成あるいは試料の評価を行う装置に用いられる電子銃に於いて、カソード、第１アノード、第２アノード、ウエーネルト電極を有し、ウエーネルト電極及び第１アノード電極を円錐台形状とし、光軸からウエーネルトの角度をθｗ、光軸から第１アノードまでの角度をθa  とした時、４０．１°＜θa＜９０°あるいは４８．６°＜θｗ＜１４９°とすることにより図１２に示した様にLangmuir限界を超える輝度を得た。【選択図】図１２
2009146884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン形成あるいは試料の評価を行う装置に用いられる電子銃であって、カソード、第１アノード、第２アノード、ウエーネルト電極を有し、上記ウエーネルト電極及び第１アノード電極を円錐台形状とし、光軸からウエーネルトの角度をθｗ、光軸から第１アノードまでの角度をθa  とした時、
４０．１°＜θa＜９０°あるいは４８．６°＜θｗ＜１４９°である事を特徴とする電子銃。
【請求項２】
請求項１に於いて、更に４１．４°＜θa＜４８．８°あるいは１１０．６°＜θｗ＜１４９°である事を特徴とする電子銃。
【請求項３】
２次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズ、２次電子検出器を有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズにより試料に照射し、試料からの２次電子を対物レンズ通過後、ExB偏向器で検出器の方向に偏向し、２次電子検出器に入射し、検出する装置であり、上記電子銃は、請求項１に示した特徴を有する電子線装置。
【請求項４】
２次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズを有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズにより試料に照射する装置であり、上記電子銃は請求項１に示した特徴を有し、更に上記電子銃のカソードは１枚の透明基板に光電子物質を形成したものであり、上記複数の光軸のいずれかの電子銃特性が劣化した場合、上記基板を光軸と直角の方向に移動し、新しい光電物質が上記劣化した電子銃に露出する様にする事を特徴とする電子線装置。
【請求項５】
２次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズを有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズにより試料に照射する装置であり、上記電子銃は請求項１に示した特徴を有し、更にウエーネルト電極と第１アノード電極間距離の最小値は相隣る光軸間の間隔の２倍より小さい事を特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高速で基板表面にパターンを形成し、あるいは試料の評価をするための電子線装置に関し、より詳細には、複数の光軸を利用することあるいは、１括転写することにより高スループット化を可能にするための電子線装置又はその様な装置に用いられる電子銃に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいて、デザインルールは４５ｎｍの時代を迎えようとしており、また生産形態はＤＲＡＭに代表される少品種大量生産からＳＯＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｃｈｉｐ）のように多品種少量生産へ移行しつつある。それに伴い、製造工程数が増加し、工程毎の歩留まり向上は必須となり、プロセス起因の欠陥検査が重要になる。
そして、半導体デバイスの高集積化及びパターンの微細化に伴い、高分解能、高スループットの検査装置が要求されている。４５ｎｍデザインルールのウエーハの欠陥を調べるためには、２５ｎｍ以下の分解能が必要であり、デバイスの高集積化による製造工程の増加により、検査量が増大するため、高スループットが要求されている。また、デバイスの多層化が進むにつれて、層間の配線をつなぐビアのコンタクト不良（電気的欠陥）を検出する機能も、検査装置に要求されている。
このような状況において、複数光軸にビームを形成し高スループット化する装置が検討されている。（M. Nakasuji etal, US 7,109,484）この様なマルチ光軸装置では実際の装置はまだ研究・開発段階にあり、システム全体での詳細な検討が要求される。
また、LEEPL（Low Energy Electron Proximity Projection Lithography）は次世代のリソグラフィー装置として華々しく登場したが、発明が解決しようとする課題で述べる様な問題点の為、今や消え去ろうとしている。しかしナノインプリント技術の発展によって上記問題点の大きい項目は解決の見通しがえられる可能性が高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来装置における電子銃は、光陰極カソードを用いた装置が開示されている。（S. Tanimoto, etal, M. N. C. 2007, Kyoto, Digest of paper, p 72）。光陰極カソードは信頼性が乏しく、複数の電子銃の内、１軸でも劣化するとシステム全体が機能しなくなる問題点があった。
また、２次電子を電界のみで検出器の方向に偏向しているので１次ビームに与える影響が無視できない問題があった。
更に、上記文献では光軸間隔が２５０μmで、走査幅より大きいので、ステージを複雑な動きに制御する必要があった。
また、２次電子検出器は、2.4ｍｍｘ120ｍｍの長方形であり、扱い難い問題があった。
更に他の光学部材もX方向の寸法が大きく、線膨張による光軸のズレが大きい問題もある。
また上記文献の光陰極電子銃では平面カソードで電流密度が低いため、Langmuir限界を超える輝度を確実に得られる電子銃を必要とした。
【０００４】
また、上記した従来装置LEEPLでは、マスク面を電子線で走査しているため、１括転写に比べて転写時間が長くなり、パターンボケを決める光源サイズが大きくなり、パターン精度が悪くなる。また、転写倍率の微調整には複雑な制御を必要とした。
マスクが高価である問題があった。また、マスクライフも短く、転写時のコンタミネーションが短時間に起きる問題があった。
更に、本発明は、マスクコストを低下させ、マスク寿命を長くし、スループットを向上させる装置及び方法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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明では、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置に用いられる電子銃に於いて、カソード、第１アノード、第２アノード、ウエーネルト電極を有し、ウエーネルト電極及び第１アノード電極を円錐台形状とし、光軸からウエーネルトの角度をθｗ、光軸から第１アノードまでの角度をθa  とした時、
４０．１°＜θa＜９０°あるいは４８．６°＜θｗ＜１４９°
とすることによりLangmuir限界を超える輝度を確実に得られる電子銃を得た。
また上記手段で、アノード角θaが４１．３度より大きく４８．８度より小さくすると輝度がLangmuir限界を１００倍以上越えるので更に良い。
更に上記手段で、ウエーネルト角θｗを１１０．６°＜θｗ＜１４９°の範囲にすると電子銃電流が１ｍＡ以下の小さい値で輝度がLangmuir限界を１０００倍以上越えるので最適である。
【０００６】
更に、上記電子銃を有し、2次元に配置された複数の光軸を有し、試料台を連続移動し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、試料台を連続移動方向に直角の方向に投影した上記複数の光軸の間隔は等しく、上記１光軸あたりの走査幅を上記間隔とほぼ等しくし、1回の試料台連続移動によって（全光軸数）ｘ（上記走査幅）の範囲の領域のパターン形成あるいは試料の評価を行うようにした。
上記手段において、上記走査幅は５１２から４０９６画素の範囲にした。
更に上記の手段に於いて、上記光軸は、ほぼ直行する方向に等間隔で配置され、上記試料台の連続移動方向は、上記光軸の配置方向と所定の角度（tan-1(1/(m+1)), mは試料台連続移動方向の光軸数、傾ける事によって、試料台の連続移動方向に直角の方向に投影した上記複数の光軸の間隔が等しくなるよう様にした。
【０００７】
また、上記課題を解決するため、本発明では、2次元に配置された複数の光軸を有し、試料台を連続移動し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズ、２次電子検出器を有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズを通じ試料に照射し、試料からの２次電子を対物レンズを通過後、ExB偏向器で検出器の方向に偏向し、２次電子検出器に入射し、検出する装置であり、上記ExB偏向器は少なくとも大部分の光軸に共通の単一のExB偏向器とした。
上記手段において、上記ExB偏向器は、６極以上の強磁性体の電極を有するウイーンフィルターとした。
【０００８】
更に、上記課題を解決するため、本発明では、2次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズを有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズで試料に照射する装置であり、上記電子銃は１枚の透明基板に光電子物質を形成したものであり、上記複数の光軸のいずれかの電子銃特性が劣化した場合、上記基板を光軸と直角の方向に移動し、新しい光電物質が上記劣化した電子銃に露出する様にした。
また上記手段に於いて、線膨張の差等で生じた歪を解除可能にするため、カソード基板とウエーネルト基板間はX,Y方向のズレを許容する構造にした。
上記手段において、上記電子銃は、ウエーネルトとアノードは、光軸と直角方向に相対位置を全軸同時に微調整可能であり、カソードはこれらウエーネルトとアノードの組に、光軸と直角方向に移動可能とした。
【０００９】
また、上記課題を解決するため、本発明では、２次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズを有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズにより試料に照射する装置であり、上記電子銃は相隣るカソードを隔離する形状のウエーネルト電極を有する様にした。より具体的には、ウエーネルト電極と第１アノード電極間距離の最小値は相隣る光軸間の間隔より小さくした。
上記手段に於いて、上記ウエーネルト電極は光軸とのなす角：θｗが６７．５度より大きい円錐台形であり、図１１に示す様にアノード側に凸型、あるいは凹型とした。
更に上記の手段に於いて、上記ウエーネルト電極はアノード側に凹型の円錐台とそのアノード側に円筒形状の電極が組み合わされた形状とした。
また上記の手段に於いて、カソードとアノード間隔：Dcaは、光軸間距離の２倍以下にした。
更に上記手段に於いて、カソード・アノード間には４ｋV・Dac以下の電位差とした。ここでDacはカソード・アノード間距離である。
更に、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で１括転写を行う装置で、マスクとウエーハ間に１次ビームに対する加速電界を印加する様にした。
上記手段において、上記マスクを照射時の電子のエネルギーは２keV未満であり、ウエーハを照射時の電子のエネルギーはレジストの感光層を貫通するに充分な値（９keV）以下とした。
更に上記の手段に於いて、マスクとウエーハ間の電位差は１０V以上とした。
【００１０】
また、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で１括転写を行う装置で、１段目に長方形の開口、２段目に長方形の開口とアライメントビームを形成する開口を有し、上記２段目の長方形の開口をパターンが形成されたマスクに結像させ、２段目の長方形の開口後に設けた２段のレンズで平行度の良いビームを形成し、上記マスクを通し該ビームでウエーハに1ダイ分のパターンを1括転写する様にした。
また上記の手段に於いて、上記２段の開口間に偏向器を設け、１段目の開口像が２段目の開口あるいはアライメント用のビームを形成する開口の１個を選択照射可能にした。
更に上記の手段に於いて、上記偏向器に励起信号が印加された時、２段目の開口の下流に形成されるクロスオーバの移動は生じない様にした。
また上記の手段に於いて、上記平行度の良いビームは、２段目の開口の下流に形成されるクロスオーバ径を１０μｍ以下にするか、あるいは２段目の開口の下流に形成されるクロスオーバと最終レンズ間距離を２５０ｍｍ以上にする事により得るようにした。
【００１１】
更に、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で１括転写を行う装置で、長方形開口の下流に２段レンズをもうけ、１段目のレンズで形成したクロスオーバからの発散ビームが２段目のレンズでほぼ平行なビームを形成し、マスクを照明する装置で、上記クロスオーバの光軸方向位置或いは上記２段目のレンズの励起条件で該レンズから出るビームの発散或いは収束角を調整し、転写倍率を微調整する様にした。
また上記の手段に於いて、光学系に非点発生装置を設け、X方向とY方向の転写倍率を独立に微調整する様にした。
【００１２】
また、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で１括転写を行う装置で、マスクをX軸あるいはY軸に平行で、光軸を通る軸の回りに回転可能とし、マスクと光軸との直角度を調整し、台形歪を補正する様にした。
更に上記手段に於いて、最終投影レンズの電子銃側に２段の偏向器を設け、これら２段の偏向器の偏向中心をマスク面あるいは上記レンズの主面にした。
【００１３】
更に、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で１括転写を行う方法で、次の工程を有する様にした、即ち
A: 電子ビーム描画装置でマスターパターンを形成する、
B: 上記マスターパターンからナノインプリント用のナノ金型を形成する、
C: 上記ナノ金型でナノインプリント技術を用いて複数のパターンをSiウエーハに転写する。
D: 上記パターンを転写されたSiウエーハをエッチングし、ワーキングマスクを製作する 
E: 上記Dで作成したワーキングマスクを用いLEEPLでウエーハに転写する。
【００１４】
また、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で１括転写を行う方法で、次の工程を有する、即ち
A: ワーキングチャンバとクリーニングチャンバを有し、１枚又は複数のウエーハを転写
B: マスクを上記ワーキングチャンバから取り出し、クリーニングチャンバに入れ、クリーニングを行う、
C: マスクをクリーニングチャンバから取り出し、ワーキングチャンバに戻し、該マスクを用いウエーハに転写する。
また上記の手段に於いて、マスクを複数有し、１枚目のマスクがクリーニングチャンバに入っている間に２枚目のマスクで転写を行う様にした。
また上記の手段に於いて、Cでクリーニング後、マスクが所定の温度になった後、ワーキングチャンバに戻すようにした。
更に上記の手段に於いて、マスクは所定の回数クリーニングし、或いは転写後は廃棄するようにした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明のマルチ光軸電子線装置の複数の光軸の配置を示した図である。１-１、１−２、１−３、----１−２５は５行５列に配置された光軸を示す。各光軸はX軸に近い方向に等間隔、またY軸に近い方向にも等間隔に配置されている。この様にほぼ直角方向にｍ行ｎ列に配置し、m  ＝  ｎにすることにより所定の円内に最大の数の光軸を配置できる利点がある。図に示した様にX,Y軸とtan-1(1/(m+1)),（mは試料台連続移動方向の光軸数） ラジアン傾けることにより、各軸をX軸方向に投影した場合の各光軸の間隔を全て等しくでき、１回のステージ連続移動によって（m  x  ｎ）ｘ（１軸の走査幅）の領域の試料評価あるいはパターン形成が行える。
１軸の走査幅を上記X軸方向に投影した場合の各光軸の間隔に等しく選べば、ステージの移動は、１回のY方向連続移動の後、（m  x  ｎ）ｘ（１軸の走査幅）だけX方向へステップ移動するとの単純な動作で試料全面の評価あるいはパターン形成が行える。
ビームの走査はデジタル走査されるので、走査幅はD/Aコンバータのbit  数に合わせるのが、効率的である。高精度、高速のD/A  コンバータは、１０から１２bit  である。従って、１−２６で示した走査幅は、（１０２４〜４０９６）ｘ（画素寸法）が妥当で、２５  nm  画素の場合、走査幅は、２５．６μｍ〜１０１．５μmになる。従って、５行５列の場合は光軸間隔は１２８〜５０７．５μmになる。１０bit  のDACの場合にも光軸間隔を２００μm以上にしたい場合は、８行８列等に光軸を配置すれば良い。この様に光軸を２次元に配置することにより、１光軸の走査幅が小さくても光軸間隔を実用的な寸法に大きくできる。
【００１６】
図２は１次電子を直進させ２次電子を検出器の方向に偏向させるEｘBウイーンフィルターの断面図である。２-１、---, ２−８はパーマロイの電極であり、磁場もこの磁極で形成される。光軸１−１から１−２５は、狭い領域に配置されているので、一様な強度の電場、磁場を形成できる領域の内部に光軸１−１から１−２５を配置できる。２−９は絶縁スペーサであり。２−１０はパーマロイリングである。２−１１は磁極２−１を励磁するコイルである。
【００１７】
図３は２次電子検出器の配置を示した図である。３-１、３-２、---, ３-２５は１次ビームが通過する穴であり、レンズ作用が生じないよう十分大きい穴を設けた。３−１−１から３−２５−１は感光領域で、１０eV以上の初期エネルギーの２次電子は穴の近くに入射し、１eV 以下の初期エネルギーの２次電子は穴から遠い位置に入射し、検出される。各光軸からの２次電子を感光領域の方向へ偏向させるのは上記ウイーンフィルターの役割である。３-２６、３−２７は該検出器を光学系に取り付ける目印である。３−４−４はリード線であり、３−５−２は信号を外部に取り出すためのパッドである。図の様に感光領域を他の光軸と干渉しない方向に光軸間距離より長く形成するので、十分長い検出領域を確保でき、検出器のサイズは、２〜１０ｍｍ角程度に小型になり、高歩留まりに製造できる。３−０は検出器チップの外形である。
【００１８】
図４は電子銃の断面を示した図〔左側〕及びアノードからカソード側を見た図〔右側〕である。４−１−１は光軸、４−１−２は光軸４−１−１に対応するウエーネルト穴、４−１−３は光軸４−１−１に対応するウエーネルトである。４−３０はアノードで、各光軸に対応するアノード穴が図に示す様に設けられている。アノード４−３０とウエーネルト４−２８は各光軸位置が冶具ボーラ等を用いて正確に穴あけされ。互いに位置を正確に位置あわせされ、絶縁スペーサ４−２９を介して固定可能な構造にされている。カソードは、透明基板４−２６に白金やCs等の光電子材料が４−２７に示した片面全体に塗布されている。カソードとウエーネルトは軸あわせの必要はなく、ウエーネルト穴の中心部から電子線は放出される。ただ、カソードの一部が劣化した場合、ウエーネルト穴の直径程度ｘあるいはｙ方向へずらした後、固定すれば、新しいカソード面がウエーネルト穴に露出されるので、正常な電子銃特性が得られる。
カソードとウエーネルトは材質も温度も異なるので線膨張の差で歪が生じる惧れがある、両者の固定をゆるくし、両者の接触面を鏡面研磨した。その結果、X, Y方向のズレを可能にした。この結果歪の発生は無くなり、カソードは軸が無いので正常な電子銃特性は保たれる。
ウエーネルト４−１−３は各光軸との成す角が６８度より大きい凹型の円錐台形状であるから、隣の光軸の影響からカソードが隔離されている。各ウエーネルトのアノード側に円筒形状のウエーネルト４−１−３が追加されると、この隔離がより確実になる。
４-３１、４−３２はウエーネルトをアノードに取り付ける穴である。４−２８は全ウエーネルトが加工された金属板あるいは表面に金属コートされたセラミックスである。セラミックスは剛性が大きく、撓みが小さいので高精度にできる。また零膨張係数のセラミックスを用いると更によい。
【００１９】
電子銃は隣の電子銃の影響を受けないようにするため、ウエーネルト・アノード間距離：Dwaを小さくする必要がある。シミュレーションを行った結果、カソード・アノード間距離：Dcaを光軸間距離の３倍以下にすれば良かった。カソード・アノード間距離：Dcaを小さくした結果、カソード・アノード間で放電を起こす確率が高くなる。これを回避するため、カソードとアノード間に印加する電圧はDca・４ｋV以下にした。
周辺部の光軸のビームは中央部のビームに比べて周囲からの影響が対象性に欠け、非点収差等が大きくなる。この影響を最小限にするため、ダミーの光軸を周辺光軸の外側に同じピッチで設けると良い。即ち、ｍ行ｎ列で使う場合、（ｍ＋２）・行（ｎ＋２）列にする。
【００２０】
図５は本発明のLEEPL電子線転写装置の電子光学図である。電子銃は平面カソード１、凹がた円錐台形状のウエーネルト２、アノード３から構成される。電子銃から放出された電子線はコンデンサレンズ４でクロスオーバ像をブランキング開口６に作る。ブランキング偏向器５は電磁レンズ４の内部に設けた。第２コンデンサレンズ７でこのレンズの下流に作るクロスオーバのサイズを調整し、転写時の電流密度と、パターンエッジボケを調整できる。即ちクロスオーバ径を小さくすれば上記ボケは小さくなり、大きくすれば電流密度を大きくできる。この調整により生じる第１と第２開口間の合焦条件のズレは、照射の半影が僅かに増加するのみで問題が無く、無視した。
８は長方形の第１開口で、投影レンズ９により第２開口板の長方形開口全体を照射できるサイズに設計されている。偏向器１０は投影レンズ９が作るクロスオーバ位置に設けられ、照射領域をマスクや４個のアライメント用ビームのいずれかに切り替えたとき第３コンデンサレンズ１４が作るクロスオーバ１５の位置が移動しない様にした。
【００２１】
この光学系で、クロスオーバはブランキング開口６の位置、ビーム切り替え偏向器１０の偏向中心、及び転写ボケと電流密度を制御する１５の位置に合焦する必要があり、また第１開口８と第２開口１４とマスク２１は光学的共役の必要がある。クロスオーバと開口の両方を設計時合焦条件を満たし、レンズ条件を変化させた場合、どちらかの合焦条件を犠牲にする必要がある。開口間の合焦条件のズレは半影が僅かに増加するのみで問題が無く、無視し、クロスオーバの合焦条件を優先させた。
図８はコンデンサレンズ９が作るクロスオーバを偏向器１０の偏向中心に正確に合わせる方法を示した図である。
【００２２】
２段の偏向器１６，１７は、アライメント用であり１９又は２８で示した偏向軌道の様に偏向中心がマスク位置或いは最終レンズの主面とした。従ってアライメントを行った時照射領域が移動しない、或いは最終レンズの収差が最小になる様に１６と１７の偏向感度比を調整した。投影レンズ１８は所定位置にクロスオーバ１５があるときマスクを照射するビームが平行ビームになる様設計した。従って、クロスオーバ１５の位置が電子銃側に移動させればレンズ１８を出たビームは僅かに収束ビームになり、マスクからウエーハへの転写像は僅かに縮小される。逆にクロスオーバ１５の位置がウエーハ側に移動させれば、レンズ１８を出たビームは僅かに発散ビームになり、マスクからウエーハへの転写像は僅かに拡大される。この調整で転写像の転写倍率が調整される。
クロスオーバ１５は固定し、投影レンズ１８の励磁を変化させ発散ビーム或いは収束ビームにして転写倍率を微調整しても良い。
【００２３】
ウエーハがx軸方向とｙ軸方向とで拡大倍率が異なる場合に備え非点補正コイル２９をコンデンサレンズ１４の上に設け、クロスオーバ１５に非点を発生させた。その結果を図７に示す。X方向のクロスオーバは７１の実線で示した様に７２で示したY方向のクロスオーバよりも電子銃側に形成され、X方向のパターンは実線で示した様に収束ビーム中にマスクがあり、縮小転写され、Y方向のパターンは点線で軌道を示した様に、発散ビーム中にマスクがあるので拡大転写される。この結果、ｘとｙ方向での転写倍率を独立に調整できる。非点補正器はクロスオーバ位置以外であれば電子銃からマスク間のどこに置いても良い。
【００２４】
第１投影レンズ９が作るクロスオーバを正確に、照射領域変更用偏向器１０の偏向中心に合わせる方法を図８で説明する。２１はマスク領域、２０、２３、８１及び８２はアライメント用のビーム形成用穴であり、これらの穴を照射する場合の照射領域は順に８０、８３、８６、８７である。９０はマスク領域を照射時の照射領域であり、太い辺は半影を示している。まず穴８１を８６の照射領域で照射し、レジストレーションマークをマーク検出する。次に同じ穴８１を偏向器１０のY電極の電圧を変え、８８の照射領域で照射し、同じくレジストレーションマークをマーク検出する。両者のマークが同じ位置に検出されるまでレンズ９の励磁を微調整を繰り返し、その励磁条件を記録する。つぎに穴２３に同じ操作を行い、X方向の電極に与える電圧を変えた場合のレジストレーションマークの検出位置が同じになるレンズ９の励磁条件を調べる。この値が同じであれば調整は終了する。同じでなければ、偏向器１０より電子銃側に設けた非点補正器で非点補正を行う。この非点補正は、レンズ９の励磁を上記８１の穴で行った最適値と２３の穴で行った最適値の中間値に設定し、非点補正の値を微調整しながら２３或いは８１の穴で同じマーク座標が得られるまで行えばよい。簡単に述べると、１つのビーム形成用穴あなを異なる照射領域で照射した場合のマーク座標値が同じになる様、レンズと非点補正器の励磁条件を決めればよい。
【００２５】
台形歪を調整する方法を図９に示す。マスク２１はマスク中心を通り、x軸或いはy軸に平行な軸の周りに回転可能にした。図９の９０はX軸方向に右上に傾けた場合であり、投影レンズは僅かに収束ビームを形成している場合の図である。この結果、マスクからウエーハ間の距離がX  軸の右と左で異なり、９１に示した様に長方形のパターンは９１のように歪む。この歪みを利用し、X軸の右側でサイズが大きくなる歪みを有するウエーハに補正転写がおこなえる。
マスク２１とウエーハ２７には制御電源２５により１次ビームに加速電位が与えられるようにした。２次電子のエネルギー分布は２eV でピークになり１０eV以上は非常にちいさいので、電位差を１０V程度以上にすると２次電子はほとんどこの電位差でウエーハ側に戻されるので、ビーム照射によるマスクのコンタミネーションは大幅に少なくなる。
【００２６】
電子線照射によるマスクの損傷を最小にするにはマスクを照射する電子線のエネルギーは、２ｋeVより小さい方がよい。また、５００ eV 以下の照射電圧では鏡筒内部の帯電や侵入磁場の影響を受けやすい。結局、マスクを照射する電子のエネルギー：Emは
５００eV < Em < 2 k eV
にすると良い。
またレジストの厚さ方向全体を十分感光させるには２keVより大きいエネルギーの方がよい。またレジストを照射するエネルギーが９keV より大きいと電子線はウエーハまで到達し、そこからの後方散乱電子による近接効果が増加するので好ましくない。従ってレジストを照射するエネルギー：Erは
２keV ＜  Er ＜  9 keV 
但し、Erはレジストの厚みに依存する。電源２５を動作時、偏向軌道１９は２２に示した様に曲がるが、マスク全体で同じ量曲がるので、アライメント誤差は発生しない。アライメント信号はマスクとウエーハ間に設けた４個の反射電子検出器２４、２６で検出できる。
【００２７】
LEEPL転写時の近接効果を小さくするには、パターンボケ（Blur）を小さくすると有効である。図５のクロスオーバ１５の直径を固定した場合のblurの大きさを比較する図を図６に示す。１８、６１８及び６５はそれぞれマスクの上、マスクと同じ位置及びマスクの下に投影レンズがある場合を１枚の図にまとめて表示したものである。レンズが１８の位置にある場合は、クロスオーバ端を通りマスクで交差する軌道６５はレンズ１８で収束され、ウエーハ２７でのblurの大きさは６１になる。  
投影レンズ６１８がマスクと同じZ位置にある場合はクロスオーバ端を通りマスクで交差する軌道６４はレンズ６１８で収束されず、ウエーハ２７でのblurの大きさは６２になる。またレンズがマスクの下６５の位置にある場合は、クロスオーバ端を通りマスクで交差する軌道６５はレンズ６５で収束され、ウエーハ２７でのblurの大きさは６３になる。上記３条件での電流密度は、レンズ１８からウエーハ迄平行ビームであるから同じ値になる。従って投影レンズの下にマスクがある場合より、レンズと同じ位置あるいはレンズの電子銃側にマスクがある場合の方が同じ電流密度ではblurは小さく、近接効果は小さくなる。
インレンズマスクの場合で、転写ボケの大きさはクロスオーバ１５からマスク間をL,  マスクからウエーハ間をl, クロスオーバを２５０nm, とするとボケ：Δは
Δ  ＝  ２５０nm x l/L になる。
l(える) を５ｍｍ、Δを５nm 以下にするには、Lを２５０ｍｍ以上にすればよい。ｌは５ｍｍ以下がよい。
【００２８】
図７に本発明によるULSIの作成方法を示す。１.全層の必要なマスクのパターンを電子線描画装置によりパターン形成を行う。ここで、電子線描画時の近接効果を補正したパターンにすると同時にEB転写時に発生する僅かな近接効果も補正したパターンとする。
２．各層のパターンのナノ金型（ナノスタンパ）を作成する。３．この金型をマスター金型とし、ナノインプリント技術によって多数のレプリカパターンを作成する。
４．レプリカで作成した多数のパターンを用いLEEPLマスクを多数作成する。５．このLEEPLマスクでウエーハに転写する。ここで、６．LEEPLマスクがレジストからの放出物等で汚染されるので、１枚或いは所定の枚数転写を行ったらそのLEEPLマスクはワーキングチャンバから取り出し、クリーニングチャンバに入れクリーニングを行う。LEEPLマスクのクリーニングを行い、温度上昇が生じた場合所定の温度に戻す間は同じ層の別のLEEPLマスクをワーキングチャンバに入れ、次のウエーハに転写を行う。また、クリーニングしても修復できない歪等が発生する場合に備え所定の回数クリーニングし、或いは転写したLEEPLマスクは検査を行わず廃棄する。
【００２９】
次に、本発明の電子線装置に用いられる電子銃に於いて、平面カソードで電流密度が低くても、Langmuir限界を超える輝度を確実に得られる電子銃について記す。
図１１は光軸の間隔が小さい場合の電子銃モデルのカソード付近を拡大表示したものである。１１０はカソード、１１１はウエーネルト、１１２は第１アノード、１１３は第２アノード、１１４は光軸である。θｗは光軸からウエーネルトまでの角度で、以下ウエーネルト角と呼ぶ。θaは光軸から第１アノードまでの角度で、以下アノード角と呼ぶ。
θｗ＜９０°では凸型ウエーネルト、θｗ＝９０°はフラットウエーネルト、θｗ＞９０°では凹型ウエーネルトである。θa ＞９０°では凸型アノード、θｗ＝９０°はフラットアノード、θｗ＜９０°では凹型アノードである。
【００３０】
【表１】
2009146884.tif 000003
表１は、図１１の電子銃モデル例である。このようなモデルでMEBS社シュミレーションソフト“Source”を用いて、計算を行った。シミュレーション手順は、
ウエーネルト電圧をある値に設定し、”SourceV  を実行するとカソード電流あるいは電子銃電流：Ie が算出される。
“SourceA“を実行するとカソード電流密度 Jcが算出される。
“SourceB”を実行すると輝度の放出角度依存性が出力される。軸上輝度Bを読み取り、その電子銃電流依存性を算出し、グラフ表示する。
図１１のモデルでの電子銃で、ウエーネルト角：θｗを９０度に固定し、アノード角θaを変化した場合の代表的なシミュレーション結果を図１２に示した。第１アノード電圧：３００Ｖ, 第２アノード電圧：２０００Ｖ、第３アノード電圧：４５００Ｖ、カソード：０Vを固定しウエーネルト電圧を変えてビーム電流を変化させた。ビーム電流を変えて輝度を算出した。図１２で横軸は電子銃電流（μＡ），縦軸は輝度（10５ A/cm2sr）。図１２で、カソードは１００μΦの平面、カソードと第１アノード電極間距離：０．３３ mmである。
輝度データ：１２０、１２１，１２２、１２３、１２４、１２５、１２６と１２７はそれぞれアノード角θaが９０、８６．４、７６、４８．８、４５、４３．３、４１．４、４０．１度である。１２８はカソード電流密度 Jcから算出したLangmuir限界である。
アノード角θaが９０°の場合では輝度１２０（点線）は輝度１１８（実線）とほぼ等しくLangmuir限界を越えていない。そして、Langmuir限界を越えない場合は輝度のシミュレーション値がLangmuir限界に近い事から、輝度のシミュレーション値が正しいと推定出来る。図１２で明らかな様に、アノード角θaが９０より小さい場合は輝度がLangmuir限界を１０倍以上越えているのが見られる。更にアノード角θaが４１．４度より大きく４８．８度より小さい場合は輝度がLangmuir限界を１００倍以上越えているのが見られる。
【００３１】
図１３は、アノード角θaを４１．６°に固定し、ウエーネルト角θｗを４８．６°から１４９°まで変化しシミュレーションした結果である。１３０はカソード電流密度 Jcから算出したLangmuir限界である。１３１、１３２、１３３、１３４、１３５、１３６、１３７、１３８、１３９はそれぞれ、ウエーネルト角θｗが１４９°、１４６、１３８，１２６．９、１１０．６、９０、６９．４、及び４８．６°である。図から明らかな様にウエーネルト角θｗの４８．６°から１４９°の範囲で輝度がLangmuir限界を１０倍以上越えているのが見られる。従って、４８．６°＜θｗ＜１４９°の範囲にすると良い。更に、ウエーネルト角θｗの１１０．６°から１４９°の範囲では電子銃電流が１ｍＡ以下の小さい値で輝度がLangmuir限界を１０００倍以上越えているのが見られる。従って、ウエーネルト角θｗを１１０．６°＜θｗ＜１４９°の範囲にすると最適である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明では、複数の光軸を２次元的に配置するので、一定の領域に多くの光軸を配置できるので高速でパターン形成あるいは試料評価ができる。更に平面カソードで電流密度が低くてもLangmuir限界を超える輝度を確実に得られる電子銃を使用可能とした。
また、本発明のLEEPL転写方法では、転写倍率が調整可能であるので、ナノインプリント方式より有利である。また、EUV方式に比べて光学系が遙かに簡単であるから実用性がある。また、従来のLEEPL装置、方法の持つ問題点はほぼ解決できた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のマルチ光軸の配置とX,Y座標との関係のモデル図である。
【図２】本発明のマルチ光軸に使用されるExB偏向器。
【図３】本発明のマルチ光軸に使用される２次電子検出器。
【図４】本発明のマルチ光軸に使用される電子銃。
【図５】本発明のLEEPL光学系。
【図６】本発明のLEEPL光学系でのパターンボケを比較する図。
【図７】X方向とY方向の転写倍率を独立に微調整する方法。
【図８】コンデンサレンズ９が作るクロスオーバを偏向器１０の偏向中心に正確に合わせる方法を示した図。
【図９】台形歪補正方法
【図１０】本発明のLEEPLによる転写方法。
【図１１】本発明の電子銃モデル
【図１２】本発明の電子銃のシミュレーション結果１
【図１３】本発明の電子銃のシミュレーション結果２
【符号の説明】
【００３４】
７：第２コンデンサレンズ、５：ブランキング偏向器、６：ブランキング開口、１８，６１８，６５：最終投影レンズ、２５：加速電界印加電源、２６：反射電子検出器、２２：電子軌道、２１：マスク。２９：非点発生コイル、３０：マスク領域照射時のビーム端の電子線軌道、３１：レジストレーション用ビーム形成穴２３を照射時のビーム端の電子線軌道
３２：レジストレーション用ビーム形成穴２０を照射時のビーム端の電子線軌道
１１０：カソード、１１１：ウエーネルト、１１２：第１アノード、１１３：第２アノード、１１４：光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年1月22日(2009.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置に用いられる電子銃であって、上記電子銃は相隣るカソードを隔離する形状にした事を特徴とする電子銃。
【請求項２】
請求項１に於いて、上記電子銃はカソード、第１アノード、第２アノード、ウエーネルト電極を有し、上記ウエーネルト電極及び第１アノード電極を円錐台形状とし、光軸からウエーネルトの角度をθｗ、光軸から第１アノードまでの角度をθa  とした時、
４０．１°＜θa＜９０°あるいは４８．６°＜θｗ＜１４９°である事を特徴とする電子銃。
【請求項３】
請求項１に於いて、上記相隣るカソードを隔離する形状は、ウエーネルト電極と第１アノード間距離の最小値を相隣なる光軸間の距離より小さくする形状である事を特徴とする電子銃。
【請求項４】
２次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置に
おいて、各光軸は電子銃、対物レンズを有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズ
により試料に照射する装置であり、上記電子銃は請求項１に示した特徴を有し、更に上記
電子銃のカソードは１枚の透明基板に光電子物質を形成したものであり、上記複数の光軸
のいずれかの電子銃特性が劣化した場合、上記基板を光軸と直角の方向にウエーネルト穴の直径以上移動し、新しい光電物質が上記劣化した電子銃に露出する様にする事を特徴とする電子線装置。
【請求項５】
２次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置に
おいて、各光軸は電子銃、対物レンズを有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズ
により試料に照射する装置であり、上記電子銃は請求項１に示した特徴を有し、更にカソード電極とアノード電極間距離は相隣る光軸間の間隔の３倍より小さい事を特徴とする電子線装置。