[发明专利]电子透镜和电子束装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子束装置，诸如在绘制半导体（LSI）制造工艺中线路图案的平版印刷领域中所使用的电子束绘图技术中的电子透镜、多光柱式电子束绘图装置或者电子束检查装置。

背景技术

迄今为止，半导体平版印刷技术通过基于光的照相制版已对微型化、高集成度和成本降低作出贡献。基于随着光的波长变短分辨率得到提高的原理，光波长随着微型化的进程而变得越来越短，并且从g线（436nm的波长）变为i线（365nm的波长），并且目前，使用具有193nm波长的准分子激光。已经继续更积极地研发使用具有13.5nm波长的更短波长的超短紫外线（EUV）的平版印刷技术。

然而，在基于光的照相制版中，毫无例外地需要相当于底片的蒙片。随着半导体微型化的发展，蒙片开发的成本不断增长，达到每个类型的LSI多到数百万日元。同时，电子束绘图装置由于其具有图案生成功能的特点而已经被用于蒙片的开发中。然而，随着光平版印刷技术的发展，由于在一定程度光波长以下实现转印的超分辨技术的引进以及伴随高集成度产生的蒙片数据量的增加，使得处理时间也增加。其结果是，绘制蒙片的处理时间需要每层蒙片数十个小时。

如此，为了通过减少绘制蒙片的处理时间而降低蒙片的成本上涨并且实现无需昂贵的蒙片由电子束绘图装置直接绘图的目的，已经提出了采用多个电子束的多束型装置，以便提高电子束绘图装置每单位时间的处理能力。已经有要达到比当前处理能力多数十倍的处理能力的需要。

基本上有两种产生多个电子束的方法。第一种方法是分割成形类型，其中仅使用单个电子枪并且使从电子枪输出的电子穿过具有数个孔的结构（分光器），由此将它们成形为多个电子束，而第二种方法是多电子枪类型，其中为实施曝光处理的每个电子束设置一电子枪。

在电子束分割和成形绘图方法中，因为分光器中的间隔是微米级的，所以无法控制进入各个孔的电子束的强度以使它们均匀并且为各个被分割的电子束实施轴的调整和偏转位置的确定，所以，采用如下的方案：其中为多个电子束采用单个的电子光学透镜镜筒（光柱）并且仅单独控制电子束的开关以获得绘制的图案。然而，此方案具有的缺点在于：不能够用绘图所要求的精度来调整所分割的单独光束的强度，所以，无法以高的精度来实施绘图。

此外，因为单个光柱中的光束的电子具有相同的负电荷，所以如果总电子量较大，则由于库仑斥力会发生电子排斥现象，并且光束散焦变得明显。所以，必须将可用电子的量限制到例如数微安培。作为一种用于克服每电子束的处理能力的限制的技术，多束技术已经备受瞩目。

同时，在多电子枪类型中，因为电子枪的尺寸为一厘米到两厘米，并且因为为各个电子束独立地设置多个电子光学透镜镜筒（称为光柱），所以此类型被称为多光柱系统并且具有由一捆数十个单个元件光柱组成的结构。

在多光柱系统中，因为可能单独地控制影响绘图精度的参数，诸如光束的强度、辐射角度以及电流密度，所以容易精确地实施绘图。由于存在多个独立的光柱，所以即使响应于由于库仑斥力造成的光束散焦而将电子束的总量限制在数微安培，也可以使用大于或等于共计数十微安培的电子束来实施曝光，并且也可以显著地提高处理能力并且每小时曝光数十个硅晶片。

采用单个光柱的常规电子束绘图装置具有每小时0.1张到0.2张的处理能力。为了通过并行布置多个光柱的多光柱系统来实现每小时10张到20张的处理能力，必须在300mm晶片中布置大约100个光柱。在这种情况下，必须将光柱布置成长方形或正方形的格子坐标。例如，如果单个单元为25mm的方格，则必须在300mm的圆形中布置132或者120个光柱。所需要的多个光柱的数目是基于对处理能力的要求。

为了以大约25mm的间距放置光柱，单个光柱的厚度最大必须小于或等于25mm。这意味着电子透镜必须具有最大小于或等于大约23mm的直径。

有静电类型的电子透镜和电磁类型的电子透镜。很容易制造具有小于或等于23mm的直径的静电电子透镜。此外，静电透镜适用于多光柱系统，因为所有透镜的电位很容易一致。然而，静电透镜不适用于构造电子束绘图装置。这是因为由于静电偏转器能够以高速偏转电子束，所以电子束绘图装置经常使用静电偏转器。可用作另一个偏转器选择的电磁偏转器在高速绘图装置中很少使用，因为此偏转器由于涡电流和电感的问题会需要很长时间来切换电子束的位置。