特許 7086811 電子銃及び電子線装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-10

(45)【発行日】2022-06-20

(54)【発明の名称】電子銃及び電子線装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/065 20060101AFI20220613BHJP

   H01J 37/063 20060101ALI20220613BHJP

   H01J 37/09 20060101ALI20220613BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20220613BHJP

【ＦＩ】

H01J37/065

H01J37/063

H01J37/09 A

H01L21/30 541W

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018193816

(22)【出願日】2018-10-12

(65)【公開番号】P2020061339

(43)【公開日】2020-04-16

【審査請求日】2021-01-21

(73)【特許権者】

【識別番号】504162958

【氏名又は名称】株式会社ニューフレアテクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100103263

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 康

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 賢一

【審査官】後藤 大思

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－２４３３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０４９０２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子ビームを放出する陰極と、
前記電子ビームの一部を通過させるとともに、残りの電子ビームを遮蔽する第１アパーチャ部材と、
前記陰極と前記第１アパーチャ部材との間に配置される第１陽極と、
前記陰極と前記第１陽極との間に配置され、負電圧が印加されるウェネルト電極と、
前記第１アパーチャ部材と、前記第１陽極を通過した前記電子ビームが通過する第２アパーチャ部材と、の間に配置される第２陽極と、を備え、
前記第２陽極には、前記陰極から放出される前記電子ビームの加速電圧が印加され、
前記第１陽極には、前記第２陽極に印加される前記加速電圧よりも低く、かつ前記ウェネルト電極に印加される負電圧よりも高い正電圧が印加される、電子銃。

【請求項2】

前記陰極から放出された前記電子ビームの方向を制御するアライナを備え、
前記第１陽極は、前記陰極と前記アライナとの間に配置される、請求項１に記載の電子銃。

【請求項3】

前記第２陽極は、前記第１アパーチャ部材と、前記電子ビームをコリメートするコリメータレンズと、の間に配置され、
前記第２アパーチャ部材は、前記コリメータレンズでコリメートされた前記電子ビームを通過させる、請求項１又は２に記載の電子銃。

【請求項4】

前記第２陽極は、前記コリメータレンズに近づくにつれて、より高い電圧が印加される複数段の陽極部を有する、請求項３に記載の電子銃。

【請求項5】

第１アパーチャ部材を有し、電子ビームを放出する電子銃と、
前記電子銃から放出された前記電子ビームを通過させる第２アパーチャ部材と、を備え、
前記電子銃は、
前記電子ビームを放出する陰極と、
前記電子ビームの一部を通過させるとともに、残りの電子ビームを遮蔽する前記第１アパーチャ部材と、
前記陰極と前記第１アパーチャ部材との間に配置される第１陽極と、
前記陰極と前記第１陽極との間に配置され、負電圧が印加されるウェネルト電極と、
前記第１アパーチャ部材と、前記第１陽極を通過した前記電子ビームが通過する第２アパーチャ部材と、の間に配置される第２陽極と、を有し、
前記第２陽極には、前記陰極から放出される前記電子ビームの加速電圧が印加され、
前記第１陽極には、前記第２陽極に印加される前記加速電圧よりも低く、かつ前記ウェネルト電極に印加される負電圧よりも高い正電圧が印加される、電子線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電子銃及び電子線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子銃の陰極から放出される電子ビームの電流密度分布は、ビーム領域の中心位置付近の電流密度が最大で、周辺ほど電流密度が小さくなる。このため、電子銃の内部にアパーチャ部材を設けて、電子ビームのビーム領域の一部、具体的にはビーム領域の中心位置付近の均一な電流密度の部分のみを電子銃から放出する。この結果、アパーチャ部材を通過する電子ビームよりも、アパーチャ部材に衝突して吸収される電子ビームの割合の方が多くなる。

【0003】

アパーチャ部材に衝突して吸収される電子ビームの割合が大きくなるほど、アパーチャ部材により多くのエネルギが蓄積されて発熱しやすくなる。マルチビーム装置などのように、電子銃から放出される電子ビームの電流密度が大きいほど、電子銃内部のアパーチャ部材の発熱量が大きくなり、アパーチャ部材が溶解しやすくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００１－３１２９８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、電子銃の内部のアパーチャ部材が溶解しないようにした電子銃及び電子線装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態によれば、電子ビームを放出する陰極と、
前記電子ビームの一部を通過させるとともに、残りの電子ビームを遮蔽する第１アパーチャ部材と、
前記陰極と前記第１アパーチャ部材との間に配置される第１陽極と、
前記第１アパーチャ部材と、前記第１陽極を通過した前記電子ビームが通過する第２アパーチャ部材と、の間に配置され、前記第１陽極よりも高い電圧が印加される第２陽極と、を備える、電子銃が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態による電子線装置の概略構成を示すブロック図。

【図2】本実施形態による電子銃の内部構成を示す図。

【図3】一比較例による電子銃の内部構成を示す図。

【図4】（ａ）は陰極から放出される電子ビームのビーム領域のうち電流密度が均一な領域を示す図、（ｂ）は陰極から放出される電子ビームの電流密度分布を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本開示の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

【0009】

図１は一実施形態による電子線装置１の概略構成を示すブロック図である。図１の電子線装置１は、マルチビーム描画装置２である。なお、本実施形態による電子線装置１は、マルチビーム描画装置２だけでなく、シングルビーム描画装置にも適用可能である。また、本実施形態による電子線装置１は、描画装置だけでなく、検査装置にも適用可能である。このように、本実施形態による電子線装置１は、マルチビーム又はシングルビームを用いて、試料２０への描画又は試料２０の検査を行う装置に適用可能であるが、以下では、本実施形態をマルチビーム描画装置２に適用した例を主に説明する。

【0010】

図１のマルチビーム描画装置２は、描画部３と制御部４とを備えている。描画部３は、電子鏡筒５と、描画室６とを有する。電子鏡筒５は、第１アパーチャ部材７を有する電子銃８と、照明レンズ９と、第２アパーチャ部材１０と、第３アパーチャ部材１１と、縮小レンズ１２と、第４アパーチャ部材１３と、対物レンズ１４と、偏向器１５とを有する。描画室６は、ＸＹステージ１６と、ミラー１７とを有する。

【0011】

電子銃８の内部構成については後述する。照明レンズ９はコリメータレンズを含んでおり、電子銃８から放出された電子ビームを平行化して、第２アパーチャ部材１０に導く。第２アパーチャ部材１０は、複数の開口部を有し、これら開口部にて電子銃８から放出された電子ビームを通過させることで、マルチビームを生成する。

【0012】

第３アパーチャ部材１１は、ブランキングアパーチャアレイとも呼ばれる。第３アパーチャ部材１１は、基板に実装された半導体チップ（ＢＡＡチップ）であり、この基板がブランキングアパーチャステージ装置１８上に載置されている。第２アパーチャ部材１０を通過したマルチビームを構成する個々のビームは、第３アパーチャ部材１１にて個別に偏向制御される。第３アパーチャ部材１１は複数の開口部を有し、これら開口部を通過したマルチビームは第４アパーチャ部材１３に導かれる。すなわち、第３アパーチャ部材１１を通過したマルチビームのうち一部のビームは第４アパーチャ部材１３を通過し、残りのビームは第４アパーチャ部材１３に衝突して吸収される。第４アパーチャ部材１３を通過したビームは、偏向器１５にて位置が制御されて、ＸＹステージ１６上に載置された試料２０上に照射される。

【0013】

図１の制御部４は、制御計算機２１と、メモリ２２と、偏向制御回路２３と、ステージ位置検出器２４と、第１記憶部２５と、第２記憶部２６とを備えている。

【0014】

制御計算機２１は、種々のデータの情報処理を行うデータ処理部２７と、マルチビーム描画装置２の描画動作を制御する描画制御部２８とを備えている。データ処理部２７と描画制御部２８は、制御計算機２１に内蔵されるハードウェアで構成されてもよいし、制御計算機２１が実行するプログラムによるソフトウェアで構成されてもよい。データ処理部２７および描画制御部２８における入出力情報や演算中の情報は、メモリ２２に必要に応じて格納される。描画制御部２８は、第１記憶部２５に記憶された描画データと、第２記憶部２６に記憶された各ショットの照射時間データと、ステージ位置検出器２４で検出されたＸＹステージ１６の位置とに基づいて、偏向制御回路２３を制御する。偏向制御回路２３は、第３アパーチャ部材１１（ブランキングアパーチャアレイ）におけるマルチビームの偏向を制御するとともに、偏向器１５におけるビームの偏向方向を制御する。

【0015】

図２は本実施形態による電子銃８の内部構成を示す図である。図２に示す電子銃８は、陰極３１と、ウェネルト電極３２と、第１陽極３３と、アライナ３４と、第１アパーチャ部材７と、第２陽極３５とを有する。

【0016】

陰極３１は例えば０Ｖに設定される。ウェネルト電極３２には、０Ｖより低い負電圧が印加される。第１陽極３３は、陰極３１と第１アパーチャ部材７との間に配置されている。より具体的には、第１陽極３３は、陰極３１とアライナ３４との間に配置されている。アライナ３４は、陰極３１から放出された電子ビームの方向を制御するために設けられている。すなわち、アライナ３４は、陰極３１から放出された電子ビームのビーム領域のうち、電流密度が均一な部分が第１アパーチャ部材７を通過するように、電子ビームの方向を制御する。アライナ３４は、静電偏向器又は磁界偏向器で構成することができる。

【0017】

本実施形態では、第１陽極３３に印加する電圧をできるだけ小さくする。このため、陰極３１から放出された電子ビームは、それほどのエネルギを持たずに第１アパーチャ部材７に到達する。第１アパーチャ部材７は、第１陽極３３で加速された電子ビームのビーム領域のうち、電流密度が均一な部分のみを通過させるため、電子ビームの大半は第１アパーチャ部材７に衝突して吸収される。このため、第１アパーチャ部材７が発熱するおそれがあるが、本実施形態では、第１陽極３３に印加する電圧が従来に比べて小さいため、第１アパーチャ部材７に衝突して吸収される電子ビームのエネルギはそれほど大きくならない。したがって、第１アパーチャ部材７が電子ビームを吸収して発熱しても、溶解するほど発熱するおそれはなくなる。

【0018】

図２に示すように、本実施形態では、第１アパーチャ部材７と第２アパーチャ部材１０の間に第２陽極３５を配置している。より具体的には、第２陽極３５は、第１アパーチャ部材７とコリメータレンズ３６との間に配置されている。コリメータレンズ３６は、第２陽極３５で加速された電子ビームを平行化（コリメート）して第２アパーチャ部材１０を通過させる。このコリメータレンズ３６は、図１の照明レンズ９に対応している。

【0019】

第２陽極３５には第１陽極３３よりも高い電圧が印加される。すなわち、本実施形態では、第１陽極３３に印加する電圧を抑制する代わりに、第２陽極３５には本来、電子銃８に印加するべき加速電圧を印加する。例えば、第２陽極３５には５０ｋＶが印加される。これにより、陰極３１から放出された電子ビームは、第１アパーチャ部材７を通過した後に、急速に加速されて第２アパーチャ部材１０を通過することになる。第１アパーチャ部材７を通過した電子ビームの大半は、第２アパーチャ部材１０を通過するため、第１アパーチャ部材７と第２アパーチャ部材１０の間で電子ビームを急加速させても、第２アパーチャ部材１０が加熱するおそれはない。

【0020】

このように、図２の電子銃８では、第１アパーチャ部材７の加熱を抑制しつつ、十分な加速電圧にて電子ビームを加速させて放出することができる。

【0021】

図３は一比較例による電子銃８ａの内部構成を示す図である。図３の電子銃８ａは、陰極３１とアライナ３４の間に陽極３７を配置しており、第１アパーチャ部材７と第２アパーチャ部材１０の間には陽極は存在しない。図３の陽極３７には、例えば５０ｋＶが印加される。したがって、図３の場合、陽極３７により加速された高エネルギの電子ビームの多くが第１アパーチャ部材７を通過せずに第１アパーチャ部材７に衝突して吸収されるため、第１アパーチャ部材７が発熱して溶解するおそれがある。

【0022】

図４（ａ）は陰極３１から放出される電子ビームのビーム領域のうち電流密度が均一な領域を示す図、図４（ｂ）は陰極３１から放出される電子ビームの電流密度分布を示す図である。電流密度がｎ以上の一様性を持つビーム領域の電流Ｉ(ｎ)と、陰極３１から放出される電子ビームの電流（エミッション電流）Ｉtとの関係は、以下の（１）式で表される。
Ｉ(ｎ)＝Ｉt(１－ｎ) …（１）

【0023】

ｎ＝０．９の場合、Ｉ(ｎ)＝０．１×Ｉtとなり、エミッション電流の９０％がアパーチャに吸収されることになる。第２アパーチャ部材１０を通過するビーム電流として１００μＡが必要な場合、９００μＡの電流が第１アパーチャ部材７に吸収される。図３の電子銃８の場合、陰極３１と第１アパーチャ部材７の間に配置された陽極に５０ｋＶの電圧を印加するため、５０ｋＶ×０．９ｍＡ＝４５Ｗの電力の電子ビームが第１アパーチャ部材７に吸収される。このような高エネルギの電子ビームが第１アパーチャ部材７に吸収されると、第１アパーチャ部材７は溶解してしまう。第１アパーチャ部材７の材料として、タングステンやタンタル等の高融点金属を用いたところで、第１アパーチャ部は溶解するおそれがある。

【0024】

これに対して、図２に示す本実施形態の電子銃８では、陰極３１と第１アパーチャ部材７との間に第１陽極３３を設けるとともに、第１アパーチャ部材７と第２アパーチャ部材１０との間に第２陽極３５を設けて、第１陽極３３には第２陽極３５よりも十分に低い電圧を印加している。一例として、電子銃８で５０ｋＶの加速電圧を印加して電子ビームを放出させる場合、第１陽極３３と第１アパーチャ部材７には例えば１０ｋＶの電圧を印加し、第２陽極３５には例えば５０ｋＶの電圧を印加する。第１陽極３３には、５０ｋＶの１／５の１０ｋＶの電圧しか印加されないため、第１アパーチャ部材７に衝突して吸収される電子ビームの電力も１／５になり、第１アパーチャが溶解するおそれはなくなる。

【0025】

第１陽極３３に印加する電圧が低いほど、第１アパーチャ部材７に衝突して吸収される電子ビームの電力も小さくなる。このため、電子銃８に５０ｋＶの加速電圧を印加する必要がある場合に、第１陽極３３に印加する電圧を１０ｋＶ未満にすることも可能であるが、第１陽極３３に印加する電圧が低すぎると、陰極３１から電子ビームが放出されなくなる。特に、陰極３１と第１陽極３３との間に配置されるウェネルト電極３２には負電圧が印加されるため、第１陽極３３に印加する電圧がある程度以上の正電圧でないと、陰極３１から電子ビームが放出されなくなる。本発明者の検討によると、例えば、電子銃８に５０ｋＶの加速電圧を印加する必要がある場合には、第１陽極３３に印加する電圧が約３ｋＶ以上でないと、陰極３１から安定して電子ビームが放出されなくなる。

【0026】

なお、第１陽極３３に印加する電圧の最小値は、第１アパーチャ部材７の材料や電子銃８のサイズ等により変わるため、一概には規定できない。

【0027】

また、第１陽極３３と第１アパーチャ部材７は、必ずしも同一の電圧を印加する必要はない。例えば、第１陽極３３に５ｋＶを印加し、第１アパーチャ部材７に１０ｋＶを印加してもよい。

【0028】

上述したように、陰極３１とアライナ３４との間に第１陽極３３を設けて、第１陽極３３に第２陽極３５よりも低い電圧を印加することで、第１アパーチャ部材７の溶解を防止できるが、電子ビームの照射時間が長い場合には、第１アパーチャ部材７が溶解するおそれもありうる。このため、第１陽極３３を設けるだけでなく、第１アパーチャ部材７の材料としてタングステンやタンタル等の高融点金属を用いるのが望ましい。

【0029】

電子銃８にて、５０ｋＶよりも大きい加速電圧で電子ビームを加速させる必要がある場合には、第２陽極３５を多段化してもよい。すなわち、第２陽極３５を、電子ビームの進行方向に配置される複数段の陽極部で構成し、コリメータレンズに近い陽極部ほど、より高い電圧を印加してもよい。陽極部の数を増やすほど、隣接する陽極部間の電位差を小さくできるため、各陽極部が絶縁破壊を起こすおそれがなくなる。なお、第１陽極３３には、上述したように、できるだけ低い電圧を印加する方が望ましいため、第１陽極３３を多段構成にするのは望ましくない。

【0030】

このように、本実施形態による電子銃８では、陰極３１と第１アパーチャ部材７の間に第１陽極３３を設けるとともに、第１アパーチャ部材７と第２アパーチャ部材１０の間に第２陽極３５を設け、第１陽極３３に第２陽極３５よりも低い電圧を印加するため、第１アパーチャ部材７に衝突して吸収される電子ビームのエネルギを抑制でき、第１アパーチャ部材７の発熱が抑えられて第１アパーチャ部材７が溶解するという不具合を防止できる。本実施形態による電子銃８は、マルチビームやシングルビームの電子線描画装置や検査装置に幅広く適用可能であり、既存の電子線描画装置や検査装置の電子銃８を交換して使用することで、描画装置や検査装置における電子銃８を長寿命化できる。

【0031】

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

【符号の説明】

【0032】

１ 電子線装置、２ マルチビーム描画装置、３ 描画部、４ 制御部、５ 電子鏡筒、６ 描画室、７ 第１アパーチャ部材、８、８ａ 電子銃、９ 照明レンズ、１０ 第２アパーチャ部材、１１ 第３アパーチャ部材、１２ 縮小レンズ、１３ 第４アパーチャ部材、１４ 対物レンズ、１５ 偏向器、１６ ＸＹステージ、１７ ミラー、１８ ブランキングアパーチャステージ装置、２０ 試料、２１ 制御計算機、２２ メモリ、２３ 偏向制御回路、２４ ステージ位置検出器、２５ 第１記憶部、２６ 第２記憶部、２７ データ処理部、２８ 描画制御部、３１ 陰極、３２ ウェネルト電極、３３ 第１陽極、３４ アライナ、３５ 第２陽極、３６ コリメータレンズ、３７ 陽極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】