JPH09171795A

JPH09171795A - マルチビーム電子線リトグラフィ・システム用電子カラム光学系

Info

Publication number: JPH09171795A
Application number: JP8318812A
Authority: JP
Inventors: N William Parker; エヌ・ウィリアム・パーカー
Original assignee: Ion Diagnostics Inc
Current assignee: Ion Diagnostics Inc
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1997-06-30
Also published as: EP0773576A1; CN1172973A; KR970030237A

Abstract

(57)【要約】【課題】電子カラム光学系は、矩形電子源１２から電
子を受け取るように配置されかつ電子を第１加速範囲に
加速するように設計された、第１電気レンズ・アセンブ
リ１３を含む。【解決手段】第１電気レンズ・アセンブリ１３はま
た、第１加速によって生じる非点収差を実質的に補正す
るように設計する。第２電気レンズ・アセンブリ１４
は、第１電気レンズ・アセンブリ１３から電子を受け取
るように配置し、電子を第２加速範囲に加速するように
設計する。第２電気レンズ・アセンブリ１４はまた、受
け取った電子を遠隔表面１５上に収束するように設計す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源を遠隔表面
上に描画する装置および方法に関する。本発明は電子線
リトグラフィ・システムに特に有用である。

【０００２】

【従来の技術】リトグラフィ・システムの主要な用途の
一つに、集積回路などを製造する半導体技術がある。一
般に、完全な半導体ウェハは、多数の同様の集積回路
（半導体チップ）をウェハ上に形成した後、ウェハを個
々のチップに切断することによって処理される。集積回
路は、光学リトグラフィ，Ｘ線リトグラフィ，直接描画
電子線リトグラフィなどをはじめとする様々な方法で、
ウェハ上にパターン形成することができる。光学リトグ
ラフィに利用されるマスクやレチクルは、達成できる最
小限の特徴サイズが制限され、またセットにおけるそれ
ぞれの後続マスクまたはレチクルは、それに先行するパ
ターン形成層と正確に位置合わせをしなければならない
という短所がある。さらに、マスクの生成，検査，およ
び修理の各段階をそれぞれ別個の高価な機械装置を用い
て行なわなければならないので、かなりの費用および時
間の遅れが加わることになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】リトグラフィでは、ウ
ェハに感光性エマルジョンを塗布し、光（またはその他
のエネルギ粒子）のビームをマスクまたはレチクルを通
して照射させ、ウェハ上の感光性エマルジョンにコンポ
ーネント，回路，配線ラインなどを露光させる。過去に
は、例えば、Ｘ線ビームを用いて幅が１ミクロン未満の
線を露光できることが発見された。問題は、単一のＸ線
ビームにより多数のチップに全ての特徴を露光させるに
は、大量の時間がかかるということである。さらに、ウ
ェハのサイズが直径１００mmから直径３００mmもの大き
さにまで増大するにつれて、この問題はずっと大きくな
っている。

【０００４】幾つかのマルチビーム電子線リトグラフィ
・システムが考案されたが、これらのシステムは、描画
できるウェハのサイズが制限される。つまり、ビームを
生成する手段および利用される収束機構のために、同時
に露光できる面積が制限されるのである。一般に、全て
のビームが同時に制御されるので、一種類のパターンし
かウェハに描画できないが、その一種類のパターンを多
数の集積回路に同時に描画することはできる。また、多
くの場合、処理されるウェハのサイズごとに、異なるシ
ステムを設ける必要がある。さらに、ビーム生成手段お
よび収束素子のため、スポット・サイズおよびレジスト
レーション精度が制限されるので、最終的な解像度は、
他の方法で作成できるものより、かろうじて高くなるだ
けである。

【０００５】マルチビーム電子線リトグラフィ・システ
ム用の電子源は、出願人の事件整理番号ＣＲ９５−１２
５を付け、１９９５年８月８日に米国特許局に郵送さ
れ、本出願と同一譲受人に譲渡された、"Electron Sour
ce for Multibeam Electron Lithography System" と題
する同時係属出願に開示されている。この新規な電子源
で生成される複数のビームのサイズおよび形状のため、
この電子源を半導体ウェハなどの遠隔表面に描画するこ
とは、極めて困難である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述のような電子源を遠
隔表面に描画することができる、マルチビーム電子線リ
トグラフィ・システムなどで使用するための電子カラム
光学系（electron column optics）を提供することは、
非常に有利である。

【０００７】したがって、本発明の目的は、新規の改良
型電子カラム光学系を提供することである。

【０００８】本発明の別の目的は、マルチビーム電子線
リトグラフィ・システムで便利に使用することができ、
これらのシステムの精度および汎用性をいっそう高める
ことのできる、新規の改良型電子カラム光学系を提供す
ることである。

【０００９】本発明のさらに別の目的は、実質的にどん
なウェハ・サイズでもマルチビーム電子源と一緒に利用
することができ、しかも電子線リトグラフィ・システム
で使用して単一ウェハ上に様々な異なる集積回路パター
ンを同時に描画することができる、新規の改良型電子カ
ラム光学系を提供することである。

【００１０】本発明のさらに別の目的は、遠隔表面上に
マルチビーム電子源を描画するための新規の改良された
方法を提供することである。

【００１１】本発明のさらに別の目的は、非点収差を軽
減し、電子源の画像を拡大して遠隔表面上に実質的に方
形の画素を形成することのできる、新規の改良型電子カ
ラム光学系を提供することである。

【００１２】

【発明の実施の形態】上記およびその他の問題、ならび
に上記およびその他の目的は、電子源から電子を受け取
るように配置され、電子を第１加速範囲にまで加速する
ように設計され、第１加速によって生じる非点収差を実
質的に補正するようにさらに設計された第１電気レンズ
・アセンブリ，およびこの第１電気レンズ・アセンブリ
から電子を受け取るように配置され、遠隔表面とともに
動作して電子を第２加速範囲にまで加速するように設計
され、受け取った電子を遠隔表面に収束するようにさら
に設計された第２電気レンズ・アセンブリを含む、電子
源を遠隔表面上に描画する電子カラム光学系で実質的に
解決され、実現される。

【００１３】上記およびその他の問題、ならびに上記お
よびその他の目的は、光路に直交する短軸および光路に
直交し短軸より長い長軸を一般的に定義する多数の画素
であって、多数の電子ビームを生成するための多数の画
素を含む電子源を設ける段階，一端に電子源が配置され
他端に遠隔電子受取表面が配置された光路を定義する段
階，電子源からの電子を第１加速範囲にまで加速し、か
つ第１加速によって生じる非点収差を補正する段階，お
よび第１加速範囲の電子を第２加速範囲にまで加速し、
かつ受け取った電子を遠隔表面に収束する段階を含む、
電子源を遠隔表面に描画する方法で実質的に解決され、
実現される。

【００１４】

【実施例】次に図面を参照しながら本発明を説明する。
図面では、同様の構成部品には同様の符号を使用する。
図１は、本発明による電子カラム光学系１０の簡易断面
図である。光学系１０は電子源１２，第１電気レンズ・
アセンブリ１３，第２電気レンズ・アセンブリ１４，お
よび遠隔表面１５を含む。電子カラム光学系１０の様々
な構成部品は、一端に電子源１２が配置され、他端に遠
隔表面１５が配置され、電子源１２と遠隔表面１５との
間に光軸１６に沿って第１および第２電気レンズ・アセ
ンブリ１３，１４が配置された光軸１６を定義するよう
に配列される。

【００１５】図２は、電子源１２の拡大上面図である。
電子源１２のより完全な説明は前記の同時係属米国特許
出願に記載されており、この記載を引用によってここに
含める。電子源１２は、非直交行列マトリックスの２次
元配列２０の電子エミッタを含む。各配列２０は単一画
素照明装置として動作し、各照明装置は、照明源１２が
収束される遠隔表面１２の一部分に分離画素を露光す
る。ここでは説明の便宜上、照明装置として電子エミッ
タの配列、特に電界放出エミッタが利用されているが、
他の画素照明装置に置き換えたければそうすることがで
きることを、理解する必要がある。

【００１６】図３は、２次元配列２０の電子エミッタ２
２の斜視図であるが、理解しやすいように、その一部分
を切り欠いて断面を示している。この特定の実施例で
は、１層の導体材料層２５をその上に形成した絶縁基板
２４の上に、配列２０を形成する。導体材料層２５はエ
ミッタ・ベースとして機能する。層２５の上に絶縁層２
６を形成し、絶縁層２６の表面上に第２導体層２７を形
成する。間隔を置いて配置した多数の管形穴２８を層２
６，２７に形成し、穴２８が導体層２５の表面まで伸長
し、層２５の表面が露出するようにする。各穴２８の中
の導体層２５の上に電子エミッタ２２を形成する。

【００１７】一般に、配列２０は、先に述べた通り、都
合のよい任意の手段によって形成することができる。例
えば、１９９１年４月１６日に発行された"Non-Planar
Field Emission Device Having an Emitter Formed wit
h a Substantially Normal Vapor Deposition Process"
と題する米国特許第５，００７，８７３号に記載された
ものが挙げられるが、これを引用によってここに含め
る。また、この特定の実施例では、当業界で一般に"Spi
ndt tips" と呼ばれる円錐形の電界放出チップを利用す
るが、以下の説明から分かるように、例えばダイヤモン
ドおよびその他の低仕事関数材料形エミッタをはじめ、
多くのその他の種類の電界放出装置および電子エミッタ
を使用することができるということを、理解する必要が
ある。

【００１８】電界放出技術で理解されているように、第
２導体層２７は、配列２０の抽出電極または制御電極と
して機能する。一般に電子エミッタ２２のチップは第２
導体層２７の面に近い位置に配置され、第２導体層２７
は各チップから等距離にその周囲を取り囲むように配置
される。全ての電子エミッタ２２は共通の導体層２５の
上にこれと接触して形成され、単一の第２導体層２７は
配列２０の各電子エミッタ２２の共通の制御電極を構成
するので、配列２０の全ての電子エミッタ２２は並列に
接続され、同時に始動したり停止する。

【００１９】導体層２５と第２導体層２７との間に適切
な電位を印加すると、各チップの周囲に非常に高い電界
が発生し、そのため各チップは電界放出によって電子を
放出する。一般に、配列２０の全ての電子エミッタ２２
が協力して単一電子ビームを発生するので、配列は画素
とみなされる。また、全ての電子エミッタは並列に作動
するので、単一電子エミッタ２２によって生成しなけれ
ばならない電流の量は実質的に（一般に１マイクロアン
ペア以下にまで）減少し、特定の量の冗長性がある。

【００２０】一般に、適切な放出が生じるのは、導体層
２７（制御電極）に電子エミッタ２２より４０ボルトか
ら１００ボルト高い範囲の電位が印加されたときである
ことが、明らかになっている。また、ダイヤモンドのよ
うに低仕事関数材料で形成された電子エミッタを利用し
た場合、この電位差を２ないし５ボルトもの低い値にま
で下げることができる。説明の便宜上、ここでは、適切
な動作を確実にするために、導体層２７（制御電極）の
電位は導体層２５の電位より１００ボルト高いものと想
定する。さらに、説明の便宜上、電子エミッタ２２のバ
イアス電位は、始動状態では約−６０００ボルト、停止
状態では約−５９００ボルトであるものと想定する。

【００２１】再び図２を参照すると、行列マトリックス
内の配列２０は、多数の配列列群３２単位で配置されて
いる。この特定の実施例では、全部で１６個ある列群の
それぞれに、２６個の別個の電子エミッタ配列２０が含
まれる。１６個の列群３２は全部、共通平面内に取り付
けられ、例えば共通支持基板２４上に全部配置すること
ができる（図３参照）。

【００２２】図２では、各列群３２は共通の細長い制御
電極または抽出電極３３（図３の導体層２７と同様）を
持ち、交互抽出電極３３は、外部電圧源（図示せず）と
接続するために、垂直方向に下向きおよび上向きに伸長
する。各抽出電極３３は、これに隣接して配置された別
個の細長い概してＵ字型の電界補償電極３４を備えてお
り、多数の電界補償電極３４は抽出電極３３と共通の平
面内に配置される。図３に関連して先に述べた導体層２
７の説明から理解されるように、抽出電極３３および電
界補償電極３４を含む平面は、絶縁層２６の厚さだけエ
ミッタ・ベース（導体層２５）から離れている。抽出電
極３３および電界補償電極３４を含む共通平面内に単一
周囲電極３５を配置し、周囲電極３５の一部分を隣接す
る電界補償電極の間に伸長させる。図２では、電子源１
２の両端部を周囲電極３５で完成し、周囲電極３５を隣
接する電界補償電極３４の間に連続螺旋状にからませ
る。

【００２３】後でさらに詳しく説明するように、配列２
０の列群３２はそれぞれ、図２で水平方向つまりＸ方向
に伸長する軸（一般に行軸と呼ばれる）に沿って配置さ
れ、隣接する列群から間隔を置いて配置される。さら
に、各列群３２の配置は、各列群３２の配列２０が列軸
に沿って行軸に対し斜めに間隔を置いて配置され、配列
２０が行軸方向に投影されたときに均等間隔になるよう
に行なう。したがって、各配列２０の垂直方向の位置は
最大で列群３２の長さの±２分の１だけ（この実施例の
場合±１４０ミクロン）異なるが、水平方向の行軸に沿
った間隔は全ての配列２０が均等である。

【００２４】この電子源１２はこの説明のために利用し
ているだけであって、引用によってここに全てを組み込
む上述の同時係属米国特許出願に記載された追加実施例
をはじめ、多くのその他の電子源を利用できるというこ
とを、理解する必要がある。図４は、電子カラム光学系
１０の第１レンズ・アセンブリ１３の拡大斜視図であ
り、一部を切り欠いて断面を示している。図４では電子
源１２は平坦な矩形として示されているが、これは、電
子源１２がレンズ・アセンブリ１３にとってどのように
見えるかを基本的に示しているからである。一般に、電
子カラム光学系１０の目的は、Ｘ方向（矩形電子源１２
の長軸方向）に１倍未満、Ｙ方向（矩形電子源１２の短
軸方向）に１倍未満だけ電子源１２を拡大することであ
る。この実施例では、電子源１２はＸ方向に０．０５０
倍、Ｙ軸方向に０．０２５倍に拡大される。後述の説明
から理解されるように、この拡大はこの新規構成の結果
であり、したがって、遠隔表面１５上に正方形の画像を
作成する場合、電子源１２の各画素つまり各配列２０
は、その幅（Ｘ方向）の２倍の高さ（Ｙ方向）に形成す
ることができる。これらの寸法および倍率は、この特定
の実施例だけの値であって、様々な実施例や適応例、あ
るいは様々な電子源によって変えることができること
を、理解する必要がある。

【００２５】レンズ・アセンブリ１３の別の目的は、電
子ビームを加速することであり、この実施例では１００
ｅＶの初期エネルギから６０００ｅＶに加速される。レ
ンズ・アセンブリ１３のさらに別の目的は、電子源１２
からの光線または電子を、電子源１２の短軸（Ｙ方向）
および長軸（Ｘ方向）の両方で同一の仮想的なつまり見
かけの位置で第２レンズ・アセンブリ１４に移送するこ
とである。つまり、電子源１２がＸ−Ｙ面にあるよう
に、この実施例では実際の電子源１２より少し後ろにあ
るように見えなければならない。また、レンズ・アセン
ブリ１３は、第２レンズ・アセンブリ１４の発熱を最小
限に抑制するために、光軸１６に対し斜めに傾き過ぎる
角度で送られてくる電子源１２からの電子ビームの量を
最大限に補足するように構成する。後で説明するよう
に、第２レンズ・アセンブリ１４のアパーチャを照明す
るために必要な電子源１２からの光線は全て、レンズ・
アセンブリ１３を通して移送しなければならない。

【００２６】図４および図５を参照すると、レンズ・ア
センブリ１３は、相互に鏡像関係にある下部構成部品４
１と上部構成部品４２を有するハウジング４０を含むこ
とが分かる。構成部品４１，４２はこれらの間に、光軸
１６に沿って伸長し、入口端４３と出口端４４を有する
矩形の光学通路を定義する。構成部品４１，４２は、光
学通路および光軸１６に直交して伸長し後で説明する理
由のために入口端４３から間隔を置いて配置される壁に
よって結合される。電子源１２の短軸（Ｘ方向）に平行
して伸長する短い寸法，および電子源１２の長軸（Ｙ方
向）に平行して伸長する長い寸法を持つ、概して矩形の
スリット・アパーチャ４６を壁に形成する。壁４５は電
子源１２から比較的大量の光線を受けるので、ハウジン
グ４０の上下構成部品４１，４２に水冷導管４７を形成
する。

【００２７】スリット・アパーチャ４６からの電子を受
け取るために、ハウジング４０内の光軸１６に沿った位
置にダブレット・レンズ５０を形成する。ダブレット・
レンズ５０を形成するために、光学通路の両側に、光学
通路および光軸１６に直交して伸長する矩形の鏡像通路
５１，５２を配置するように、ハウジングを構成する。
通路５１，５２内には１対の電極５５を、ハウジング４
０から間隔を置いて光学通路の両側にそれぞれ１個づつ
配置する。ハウジング４０によって鏡像通路５１、５２
の片側に入口５６を定義し、またハウジング４０によっ
て光学通路の出口端４４と同一の広がりを持つ出口を反
対側に定義する。

【００２８】この特定の実施例では、ハウジング４０に
印加される電位はほぼ零（つまり地電位）であり、電極
５に印加される電位は約１１００ボルトから１２００ボ
ルトの範囲である。特に図６を参照すると、レンズ・ア
センブリ１３における電位の等電位線および電子源１２
からの電子ビームが、概略的に示されている。電子源１
２は約−６０００ボルトで作動しており、電子を放出す
るために１００ボルトが使用されるので、電子源１２か
ら放出される電子は、約−５９００ボルトの電位と約１
００ｅＶの初期エネルギを持つ。光学通路の入口端４３
に隣接する等電位線は、約１００ｅＶから約６０００ｅ
Ｖへの電子の加速を表わす。

【００２９】等電位線の光学通路の入口端４３での湾曲
はレンズ効果を発生する。光学通路の長軸は図６の紙面
に対し直交するので、このレンズ効果は円柱レンズ効果
である（つまり、それは円柱形の光学レンズと同様に作
動する）。入口端４３のレンズ効果により、ビームはＹ
−Ｚ面だけで収束し（Ｚ軸は光軸１６と同一直線上にあ
る）、直交面（Ｘ−Ｚ面）では１次光学的性質を持たな
い。Ｘ−Ｚ面では、１００ｅＶから６０００ｅＶへの電
子の加速のために光線がＺ軸の方向に曲がるので、後方
補間された光軸１６との交点（これは電子源の見かけの
位置を定義する）は、電子源１２の面より後ろに後退す
る。

【００３０】Ｙ−Ｚ面の光学系は、ビームの加速による
角収縮率（angular demagnification ），および発散ス
リットレンズ効果による角倍率（angular magnificatio
n ）の両方を考慮しなければならないので、Ｘ−Ｚ面の
場合より複雑である。入口端４３のスリット・レンズ
は、必ずしも発散レンズになるとは限らない。これは、
入口端４３におけるスリット領域への等電位線のふくら
みのために、ビーム加速と発散レンズの複合効果が必然
的に同時発生するからである。Ｙ−Ｚ面の光線は、最初
に電子源１２から放出されたときは、基本的にＸ−Ｚ面
の光線と同様に「感じられる（ｆｅｅｌ）」。しかし、
光線がハウジング４０の入口端４３に近づくと、軸方向
速度の増加に伴う勾配の低下が、発散レンズ効果によっ
て減少する。後方補間したこれらの光線のＺ軸との交点
が、実際の電子源１２の前方に現れる仮想電子源にな
る。Ｘ−Ｚ面とＹ−Ｚ面における仮想電子源のこの分離
は、受け入れられない大きな非点収差の原因となる。

【００３１】この特定の実施例では、Ｘ−Ｙ面が１０mm
×１０mmを超えないように、電子カラムを構成する。レ
ンズ・アセンブリ１３のＹ方向の長さがこの構成によっ
て制限されるので、スリットの隙間を充分に小さくし
（２．４mm）、関連部分がカラムの中心部の±１mmを占
有するビームのフリンジング電界効果を最小化すること
ができる。この±１mm範囲より外側の光線は第２レンズ
・アセンブリ１４内を通過しないので、その収差は光学
系の性能にとって意味を持たない。電子源１２の外縁部
からの光線がスリット・アパーチャ４６の縁部を通過せ
ず、電界の混乱が防止されることを確保するため、スリ
ット・アパーチャ４６の幅は３mmを選択する。電子源１
２からの光線がスリット・アパーチャ４６に達したと
き、そのＹ軸位置はすでにその初期値から約０．５倍に
縮小されているので（スリット・アパーチャ４６の位置
におけるビーム幅は約±０．０７５ミクロンである）、
スリット・アパーチャ４６の０．２mmという高さ（Ｙ方
向）は、電子源１２の±１５０ミクロンの上下縁部から
の光線を通過させるのに充分である。図６で示すよう
に、これによって最大可能な量のビーム電流がレンズ・
アセンブリ１３で停止され、しかも第２レンズ・アセン
ブリ１４を照射するのに必要な全ての光線が移送される
ことが確実になる。

【００３２】単一スリット・レンズ（入口側４３および
スリット・アパーチャ４６）によって生じる過剰な非点
収差を補正するために、ダブレット・レンズ５０を設け
る。ダブレット・レンズ５０の光学的効果は、図６に示
されている。電子ビームが第１加速ギャップの入口５６
に近づくと、ふくらんだ等電位線によって収束効果が発
生し、その後、ビームが電極５５間のギャップ内に移動
すると、弱い発散効果が発生する。次にビームが第２ギ
ャップつまり減速ギャップに近づくと、発散効果が発生
し、その後ビームが出口端４４から現われるときは、よ
り強い収束効果が発生する。ダブレット・レンズ５０は
実際には、ビームに対し正味総合収束レンズ効果（net
total focusing lens effect）による四重複合効果を持
つ。電子のエネルギのわずかな変化は、ダブレット・レ
ンズ５０における仮想的電子源位置に対し少し影響を与
えるが、このわずかな色収差は、遠隔表面１５の最終ス
ポット解像度に対し意味のある影響を持たない。

【００３３】したがって、第１スリット・レンズ（入口
４３およびスリット・アパーチャ４６）は１００ｅＶか
ら６０００ｅＶへの全ビーム加速を行なうが、ダブレッ
ト・レンズ５０は"einzel"タイプのレンズであり、ビー
ムは最初加速されるが、その後電極５５を通過しながら
減速され、入ってきたときと同じエネルギで出て行く。
中心電極が外側電極に対し＋か−かに関わらず、einzel
電極は全て、正味収束効果を持つ。この場合、電極５５
にハウジング４０に対し正の電圧を印加させる加速モー
ドで、レンズ５０を作動することが望ましい。

【００３４】レンズ・アセンブリ１３には、Ｙ−Ｚ面の
光線の勾配に影響を与える３つの要素がある。つまり、
電子源１２からのビーム加速の第１スリット・レンズへ
の収束効果，第１スリット・レンズの発散効果，および
ダブレット・レンズ５０の収束効果である。電極５５の
バイアス電圧を適切に選択することにより、後方補間し
た光線を、Ｘ−Ｚ面およびＹ−Ｚ面に対しほぼ同じ面内
の仮想的電子源から発散させることができることが明ら
かになっている。第１スリット・レンズからの非点収差
はこうして、ダブレット・レンズ５０を追加することに
よって補正される。また、Ｙ−Ｚ面の角倍率は、Ｘ−Ｚ
面の角倍率の２倍であり、Ｙ−Ｚ面のソース倍率はＸ−
Ｚ面のソース倍率の０．５倍である。

【００３５】図７および図８に、第２レンズ・アセンブ
リ１４を示す。アセンブリ１４は、光軸１６に直角に配
置され中心位置に第１アパーチャ６２を有する第１板６
１，光軸１６の周囲にこれと同心的に配置されたビーム
管６３，および中心位置にアパーチャ６５を有する第２
板６４から成るビーム管構造６０を持つ。一部の電子が
まだ板６１に衝突し、多少の熱を発生させるので、構造
６０に冷却導管６６を取り付ける。アセンブリ１４は、
第１レンズ・アセンブリ１３の出口４４から電子を受け
取るように、光軸１６と同軸的に配置する。

【００３６】第１対のＹ軸偏向板７０を光軸１６の両側
に、構造６０のアパーチャ６５から間隔を置いて配置
し、適切に始動したときにビームがＹ軸方向に偏向する
ようにする。また、中心に配置された穴７２を持つ板７
１をＹ軸偏向板７０の出口に隣接して配置し、不安定な
電子が光軸１６に沿って移動し続けるのを抑制する。第
２対のＸ軸偏向板７３を光軸１６の両側に、板７１のア
パーチャ７２から間隔を置いて配置し、適切に始動した
ときにビームがＸ軸方向に偏向するようにする。正常な
偏向光学（レンズ効果なし）を適用するために、全ての
アパーチャ６２，６５，７２は実質的に円形であり、全
ての板６１，６４，７１は実質的に零電位であること
に、注意する必要がある。

【００３７】第２レンズ・アセンブリ１４もまた、光軸
１６に直角になるように偏向板７３の間に配置された最
終収束レンズ８０が形成された板８１，および電子源１
２がその上に描画されるように配置された表面８５を含
む。図９に最も分かりやすく示された収束レンズ８０
は、入口穴８７および出口穴８８と結合された最終アパ
ーチャ８６を含む。アパーチャ８６および穴８７，８８
は全て実質的に円形であり、穴８８の直径はアパーチャ
８６より大きく、穴８７の直径は穴８８より大きい。例
えば、本実施例では、アパーチャ８６の直径は約０．０
８０から０．１６４mmの範囲内であり、穴８７の直径は
約２．０mm、穴８８の直径は約０．８mmである。また、
様々な種類の穴８７，８８を設けることにより所望の結
果が得られる。本実施例の場合、穴８７，８８は両方と
も板８１にその両側から形成された端ぐり穴であり、ア
パーチャ８６および穴８７，８８は全て相互および光軸
１６に対し同軸的に形成する。

【００３８】表面８５に向けられた板８１の表面に、後
方散乱電子検出器を設ける。電子源１２から電子ビーム
が到達するときに、電子は表面８５に衝突して多少の後
方散乱電子を発生する。この後方散乱電流を検出するこ
とにより、アラインメント・マークの位置など、表面８
５に関する情報を得ることができる。検出器９０は、板
８１に取り付けた固体ダイオード検出器を、必要な検出
器バイアス電圧を印加したり、さらに検出器の信号電流
を収集することのできる外部回路に電気的に接続して使
用する。

【００３９】レンズ・アセンブリ１４の目的は、軸上収
差および軸外収差の両方を表面８５における所望の最終
スポット・サイズに適合するレベルにまで最小化しなが
ら、電子源１２の活動状態の各画素の収束画像を表面８
５上に形成することである。別の目的は、レンズ・アセ
ンブリ１３の光学的効果と結合したときに、Ｙ軸方向に
０．０５倍、Ｘ軸方向に０．０２５倍の総合ソース倍率
を達成することである。レンズ・アセンブリ１４はま
た、６０，０００ボルトから７０，０００ボルトの電圧
を印加した表面８５を最終電極として構成した、加速浸
漬静電レンズとして動作する。

【００４０】図１０は、電位の等電位線および電子源１
２からの電子ビームを示した収束レンズ８０の略図であ
る。等電位線が穴８８の中にまでふくらんでいることに
注意する必要がある。等電位線の湾曲した形状は、レン
ズ８０の収束効果を示している。これは、電子ビームに
作用する力が常に等電位線に対し直角方向に働くためで
ある。図から分かるように、収束レンズ８０から表面８
５までの距離の大部分で、ビームは、図に示した直線の
均等間隔の等電位線によって表わされる、基本的に平滑
な線形電界勾配内を通過する。

【００４１】

【発明の効果】このように、上で説明した例などのよう
な電子源を遠隔表面に描画することのできる、新規の改
良型電子カラム光学系を開示する。新規の電子カラム光
学系は、主としてマルチビーム電子線リトグラフィ・シ
ステムなどで使用するように設計されているが、この新
規の電子カラム光学系が他の多くの応用分野に利用でき
ることは、当業者には容易に理解されるであろう。新規
の改良型電子カラム光学系は、マルチビーム電子線リト
グラフィ・システムで便利に使用して、これらのシステ
ムの精度および汎用性を大幅に高めることができる。さ
らに、新規の改良型電子カラム光学系は、実質的にどん
なウェハ・サイズでもマルチビーム電子源と共に利用す
ることができ、また電子線リトグラフィ・システムで使
用して、単一ウェハに様々な異なる集積回路パターンを
描画することができる。新規の改良型電子カラム光学系
は、非点収差を減少し、電子源の画像を拡大して、遠隔
表面に実質的に正方形の画素を形成することができる。
この画素はウェハまたはその他の構造の表面にきわめて
正確に描画される。

【００４２】本発明の特定の実施例を示し説明したが、
さらに別の変形例や改良例が当業者に容易に思い付くで
あろう。したがって、本発明は以上に示した特定の形態
に限定されず、本発明の精神および範囲を逸脱しない全
ての変形例を含むものと理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子カラム光学系の簡易断面
図。

【図２】図１に示した電子カラム光学系の電子源の拡
大上面図。

【図３】２次元配列の電子エミッタの一部切欠断面拡
大斜視図。

【図４】図１に示した電子カラム光学系の第１レンズ
・アセンブリの一部切欠断面拡大斜視図。

【図５】図４に示した構造の光軸を含む平面の代表的
な大きさおよび寸法を示す断面図。

【図６】図４に示した構造の電位の等電位線および電
子源からの電子ビームを示す拡大略図。

【図７】図１に示した電子カラム光学系の第２レンズ
・アセンブリの一部切欠断面拡大斜視図。

【図８】図７に示した構造の光軸を含む平面の代表的
な大きさおよび寸法を示す断面図。

【図９】図７に示した構造の一部分の光軸を含む平面
の代表的な大きさおよび寸法を示す拡大図。

【図１０】図９に示した構造の一部分の電位の等電位
線および電子源からの電子ビームを示す拡大略図。

【符号の説明】

１０電子カラム光学系１２電子源１３第１電気レンズ・アセンブリ１４第２電気レンズ・アセンブリ１５遠隔表面１６光軸２２電子エミッタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子源（１２）を遠隔表面（１５）に描
画する電子カラム光学系（１０）において、前記光学系
は：電子源（１２）；前記電子源（１２）から電子を受
け取るように配置され、第１加速範囲への電子の第１加
速を行なうように設計された第１電気レンズ・アセンブ
リ（１３）であって、前記第１加速によって生じる非点
収差を実質的に補正するようにさらに設計された第１電
気レンズ・アセンブリ（１３）；および前記第１加速範
囲で前記第１電気レンズ・アセンブリ（１３）から電子
を受け取るように配置され、遠隔表面（１５）と共に、
第２加速範囲への電子の第２加速を行なうように設計さ
れた第２電気レンズ・アセンブリ（１４）であって、受
け取った電子を前記遠隔表面（１５）上に収束するよう
にさらに設計された第２電気レンズ・アセンブリ（１
４）；によって構成されることを特徴とする電子カラ
ム光学系。
【請求項２】電子源（１２）を遠隔表面（１５）に描
画する電子カラム光学系（１０）において、前記光学系
は：一端に電子源（１２）を配置し、他端に遠隔電子受
取表面（１５）を配置し、前記電子源（１２）と前記遠
隔表面（１５）との間に光軸（１６）に沿って第１電気
レンズ・アセンブリ（１３）および第２電気レンズ・ア
センブリ（１４）を配置した光軸（１６）；多数の電子
ビームを生成するための多数の画素（２０）であって、
前記光軸に直交する短軸（ｙ）および前記光軸（１６）
に直交し前記短軸（ｙ）より長い長軸（ｘ）を一般に定
義する前記多数の画素を有する電子源（１２）；電子源
（１２）の長軸（ｘ）と平行して伸長し、電子源（１
２）から電子を受け取るように配置された一般に矩形の
スリット・アパーチャ（４６）を有する第１電気レンズ
・アセンブリ（１３）であって、第１加速範囲への電子
の第１加速を行なうように設計され、前記第１加速によ
って生じる非点収差を実質的に補正するようにさらに設
計された第１電気レンズ・アセンブリ（１３）；および
前記第１加速範囲で前記第１電気レンズ・アセンブリ
（１３）から電子を受け取るように配置され、遠隔電子
受取表面（１４）と共に、第２加速範囲への電子の第２
加速を行なうように設計された第２電気レンズ・アセン
ブリ（１４）であって、受け取った電子を遠隔表面（１
５）上に収束するようにさらに設計された第２電気レン
ズ・アセンブリ（１４）；によって構成されることを特
徴とする電子カラム光学系。
【請求項３】電子源を遠隔表面に描画する電子カラム
光学系において、前記光学系は：一端に電子源（１２）
を配置し、他端に遠隔電子受取表面（１５）を配置し、
前記電子源（１２）と前記遠隔表面（１５）との間に光
軸（１６）に沿って第１電気レンズ・アセンブリ（１
３）および第２電気レンズ・アセンブリ（１４）を配置
した光軸（１６）；多数の電子ビームを生成するための
多数の画素（２０）であって、前記光軸に直交する短軸
（ｙ）および前記光軸（１６）に直交し前記短軸（ｙ）
より長い長軸（ｘ）を一般に定義する前記多数の画素を
有する電子源（１２）；前記電子源（１２）の長軸
（ｘ）と平行して伸長し、電子源（１２）から電子を受
け取るように配置された一般に矩形のスリット・アパー
チャ（４６），および前記スリット・アパーチャ（４
６）から間隔を置いた位置関係で前記光軸（１６）に沿
って配置されたダブレット・レンズ（５０）であって、
約零電位を印加される入口（５６），電子源（１２）の
長軸（ｘ）と平行して伸長し、かつ光軸（１６）に沿っ
ても伸長する通路を定義し、１，１００Ｖから１，２０
０Ｖの範囲の電位を印加される、間隔を置いて配置され
た前記１対の電極（５５），および約零電位を印加され
る出口（４４）によって定義され、前記スリット・アパ
ーチャ（４６）から電子を受け取るように前記光軸（１
６）に沿って配置されたダブレット・レンズ（５０）を
有する第１電気レンズ・アセンブリ（１３）であって、
第１加速範囲への電子の第１加速を行なうように設計さ
れ、前記第１加速によって生じる非点収差を実質的に補
正するようにさらに設計された第１電気レンズ・アセン
ブリ（１３）；および前記光軸（１６）に沿って軸方向
に整列した状態で間隔配置された多数のアパーチャ（６
２，６５）を定義し、第１直径の概して円形断面を持つ
最終アパーチャ（８６）により前記第１電気レンズ・ア
センブリ（１３）から電子を受け取るように配置された
構造を有する第２電気レンズ・アセンブリ（１４）であ
って、前記最終アパーチャ（８６）はそれに付随して、
第１直径より大きい直径を持つ出口座ぐり穴（８８），
および前記出口座ぐり穴（８８）の直径より大きい直径
を持つ入口座ぐり穴（８７）を有し、前記出口（８８）
および入口（８７）座ぐり穴は最終アパーチャ（８６）
と同軸的に整列し、前記第２電気レンズ・アセンブリ
（１４）に約零電位を印加し、前記遠隔表面（１５，８
５）に約６０，０００Ｖから７０，０００Ｖの範囲の電
位を印加することを特徴とする第２電気レンズ・アセン
ブリ（１４）；によって構成されることを特徴とする電
子カラム光学系。
【請求項４】多数の電子ビームを生成するための多数の
画素であって、光軸に直交する短軸および光軸に直交し
前記短軸より長い長軸を一般に定義する前記多数の画素
を含む電子源を設ける段階；一端に電子源を配置し、他
端に遠隔電子受取表面を配置した光軸を定義する段階；
電子源からの電子を第１加速範囲に加速し、前記第１加
速によって生じる非点収差を補正する段階；および第１
加速範囲の電子を第２加速範囲に加速し、電子源を遠隔
表面に描画する段階；によって構成されることを特徴と
する、電子源を遠隔表面に描画する方法。