JPH0415609B2 - - Google Patents

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JPH0415609B2
JPH0415609B2 JP57107165A JP10716582A JPH0415609B2 JP H0415609 B2 JPH0415609 B2 JP H0415609B2 JP 57107165 A JP57107165 A JP 57107165A JP 10716582 A JP10716582 A JP 10716582A JP H0415609 B2 JPH0415609 B2 JP H0415609B2
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JP
Japan
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cathode
electron
electron beam
aperture mask
aperture
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP57107165A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS58223323A (ja
Inventor
Isao Sasaki
Tadahiro Takigawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP57107165A priority Critical patent/JPS58223323A/ja
Publication of JPS58223323A publication Critical patent/JPS58223323A/ja
Publication of JPH0415609B2 publication Critical patent/JPH0415609B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/3002Details
    • H01J37/3007Electron or ion-optical systems

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体集積回路製造技術に係り、特
にマスク製作及び直接描画を行うための電子ビー
ム描画装置の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近時、半導体ウエーハやマスク等の試料に微細
パターンを形成するものとして、電子ビーム描画
装置が用いられている。電子ビーム描画装置に要
求される性能は数多くあるが、その中の1つとし
て実際の描画に寄与する電子ビーム自身に関する
問題が重要である。つまり、電子ビームが不安定
であると、設計通りのパターンニングが不可能と
なり、高精度描画を行い得ない。電子ビームの安
定性の1つとしては電子銃のカソード寿命があ
り、通常は使用時間の経過に伴う性能劣化、すな
わちビーム電流の低下およびビーム径の変化があ
り、ついにはレジストを十分感光させ得る能力が
なくなる。
ビーム電流およびビーム径の変化の原因はカソ
ード自身にあり、特に電子を放出しているカソー
ド先端領域における種々の物性にある。本発明者
等は、タングステンに比し10倍以上もの輝度を持
つ単結晶ランタンヘキサボーライド(LaB6)に
ついて研究を行い、その結果次のような事実を見
出した。まず、LaB6カソードの電子放出には結
晶方位異方性があり、さらに長期的な経時特性変
化は、LaB6カソードを1500〔℃〕以上の高温で用
いることにより蒸発して先端形状が変化するため
である。特に、従来用いていた先端が球面で曲率
半経が15〔μm〕と小さい場合にはこの傾向が大
きい。また、カソード先端の形状が小さい場合に
は、陽極の電界集中が狭い領域に起こり高輝度が
得られると云う特長がある反面、ビームがマルチ
ビームになり易いと云う欠点があり、このため、
描画条件を満足するバイアスや温度等の範囲が狭
い。したがつて、バイアス或いは温度の僅かな変
動によりビーム特性が変化し、安定性の点で未だ
不十分であつた。なお、ビームがマルチビームに
なり易い理由は、カソード先端が球面であるた
め、また光学系の途中のアパーチヤ位置にクロス
オーバ像を結像させていないためである。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、電子銃の輝度、ビーム電流お
よびビーム径等のバイアスおよびカソード温度に
対する依存性を小さくすることができ、ビーム安
定性の向上及びビーム強度分布の均一化をはかり
得る電子ビーム描画装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、マルチビームとなり難いカソ
ード形状とすること、およびマルチビームとなつ
てもその一部のみを選択し実質的にマルチビーム
であることの欠点を除去する光学系を実現するこ
とにある。
まず、マルチビームとなり難いカソード形状と
するために、従来球面であつたカソード先端を平
面に加工する。単結晶LaB6カソードの先端が球
面の場合には、先端球面部に種々の方位が存在す
る。さらに、通常電子放射には結晶異方性がある
ため、球面の全領域から均一に電子放出が行われ
ることはない。このような理由から、得られる電
子線束が1つではなく複数となり、結局マルチビ
ームになり易いのである。
第1図a〜cは先端が球面で軸方位がそれぞれ
<100>、<110>、<111>の場合に得られるクロ
スオーバ像を示す模式図である。いずれの軸方位
にあつてもマルチビームとなつているが、これら
のマルチビームは電子銃のウエネルトバイアスを
深くしていくと、空間電荷効果により1つに収束
させることが可能である。しかし、この場合使用
可能条件におけるバイアス範囲が狭くなり、さら
に空間電荷効果による輝度の低下を招く。また、
カソード温度を高くしても上記と同様に空間電荷
効果により1つのビームに収束させることが可能
であるが、この場合高温としたことにより蒸発が
激しくなりカソードの短寿命化を招く。これに対
し、カソード先端を平面に加工すれば、軸方位が
1つのみとなり、その結果バイアスが浅くカソー
ド温度が低くてもビームは1つであり、使用でき
るバイアスおよびカソード温度の範囲が広くな
る。ただし、この場合、軸方位として電子放射の
起こり易い方位を選択する必要がある。
LaB6カソードの軸方位としては、本発明者等
の実験から<100>或いは<310>が最も電子放射
の起り易い方位であることが確認されている。参
考写真(1)〜(4)は先端平面の直径を150〔μm〕、軸
方位をそれぞれ<100>、<110>、<111>、<310
>としたLaB6カソードからの電子放射強度分布
を示している。これらからも明らかなように電子
放射の起り易い方位は参考写真(1)、(4)に示す<
100>および<310>であり、参考写真(2)、(3)に示
す<110>および<111>ではその平面領域から殆
んど電子放射が行われていないことが判る。
一方、カソード先端が平面である場合、周辺の
エツジに電界が集中して高電界になり、このエツ
ジから電子が放射され易くなる。特に、先端平面
領域が狭いときにこの傾向は強く、中央からの電
子に加えてその周囲に複数個のビームが現われ、
その結果としてマルチビームになることがある。
これを避けるために本発明者等は鋭意研究を重ね
た結果、クロスオーバ像の一部分のみをアパーチ
ヤにより選択すればよいことを見出した。つま
り、所望径のアパーチヤを有するアパーチヤマス
クを用いクロスオーバ像の一部分を選択すること
により、常にシングルビームが得られることを見
出した。なお、実際にはクロスオーバ像を拡大
し、その拡大結像位置に中心のビームの中央部の
みを通過させる程度のアパーチヤを配置するのが
最も有効であつた。
本発明はこのような点に着目し、単結晶LaB6
カソードを用いた電子銃から発射された電子ビー
ムを光学系により試料面に照射すると共に、電子
銃クロスオーバを試料面に結像する電子ビーム描
画装置において、上記カソードの軸方位を<100
>或いは<310>に設定すると共にカソード先端
を平面に加工し、かつ上記クロスオーバ像の中央
部のみを選択するアパーチヤマスクを設けるよう
にしたものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、単結晶LaB6カソードの軸方
位を電子放射の起り易い<100>或いは<310>に
設定し、カソード先端を平面に加工しているの
で、ウエネルトバイアスをあまり深くすることな
く、かつカソード温度をあまり高くすることなく
ビームを1つにすることができる。このため、電
子銃の輝度、ビーム電流およびビーム径等のバイ
アスおよび温度に対する依存性を小さくすること
ができ、ビームの安定性向上をはかり得る。ま
た、アパーチヤマスクを用いてビームの中央部の
みを選択しているので、クロスオーバ像の周辺部
がカツトされることになり、ビーム強度分布の均
一化をはかることができる。さらに、マルチビー
ムとなつた場合にあつてもシングルビームとして
取り出すことができるので、上記ビーム安定性の
より一層の向上をはかり得る。したがつて、半導
体ウエーハやマスク等へのパターン描画に際し、
描画精度の向上をはかり得る。
第2図および第3図はそれぞれ輝度およびビー
ム電流のバイアス依存性を示す図であり、第4図
および第5図はそれぞれ輝度およびビーム電流の
温度依存性を示す図である。なお、図中実線はマ
ルチビーム状態のものであり、破線はその中心の
ビームのみをアパーチヤマスクで選択した場合で
ある。また、これらは軸方位が<310>で先端平
面直径が50〔μm〕の単結晶LaB6カソードを用い
た結果である。第2図からアパーチヤマスクを用
いることにより、輝度のバイアス依存性が小さく
なることが判る。同様に、第3図からビーム電流
のバイアス依存性、第4図から輝度のカソード温
度依存性、第5図からビーム電流のカソード温度
依存性が小さくなることが判る。
〔発明の実施例〕
第6図は本発明の一実施例に係わる電子ビーム
描画装置を示す概略構成図である。図中1は単結
晶LaB6カソード、2はウエネルト電極、3はア
ノードであり、これらから電子銃4が構成されて
いる。カソード1は第7図に示す如く先端1aを
平坦に加工されており、またその軸方位は<100
>に設定されている。
電子銃4から発射された電子はアノード3の下
方にクロスオーバ像Pを作り、この位置には軸合
わせ用コイル5が配設されている。軸合わせコイ
ル5の下方には拡大レンズ6およびアパーチヤマ
スク7が配設されている。クロスオーバ像Pの直
径は20〔μm〕程度の大きさであり、この像Pは
レンズ6により5倍程度拡大されアパーチヤマス
ク7の位置に結像される。アパーチヤマスク7の
アパーチヤ径は100〔μm〕以下に形成されてお
り、このアパーチヤマスク7によりクロスオーバ
像Pが複数の場合でも中心の1つのビームの中央
部のみが選択通過するものとなつている。そし
て、アパーチヤマスク7を通過したビームは電子
レンズ8および偏向器9を介して試料面10に照
射されるものとなつている。
このような構成であれば、前述した輝度やビー
ム電流等のバイアスおよびカソード温度に対する
依存性を小さくでき、ビーム安定性をはかり得る
のは勿勿論のことである。また、拡大レンズ6を
用いアパーチヤマスク7上でのビームを拡大して
いるので、アパーチヤマスク7のアパーチヤ形状
を製作容易な程度に大きくすることができる等の
効果を奏する。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。例えば、前記ア
パーチヤマスクのアパーチヤ径の大きさは得られ
るクロスオーバの大きさにより適宜定めればよ
い。また、アパーチヤマスクのアパーチヤ径を電
子銃クロスオーバ程度に小さく形成できれば、ク
ロスオーバ位置にアパーチヤマスクを配置するこ
とにより、前記拡大レンズを除去することが可能
である。また、単結晶LaB6カソードの形状を、
第8図a,bに示す如く先端平面領域が矩形のも
のとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図a〜cはそれぞれ先端球面の単結晶
LaB6カソードの軸方位に対するクロスオーバ像
を示す模式図、第2図は輝度とバイアスとの関係
を示す特性図、第3図はビーム電流とバイアスと
の関係を示す特性図、第4図は輝度とカソード温
度との関係を示す特性図、第5図はビーム電流と
カソード温度との関係を示す特性図、第6図は本
発明の一実施例に係わる電子ビーム描画装置を示
す概略構成図、第7図は上記実施例の要部構成を
示す斜視図、第8図a,bは変形例を示す模式図
である。 1……単結晶LaB6カソード、2……ウエネル
ト電極、3……アノード、4……電子銃、6……
拡大レンズ、7……アパーチヤマスク。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電子銃から発射された電子ビームを光学系に
    より試料面に照射すると共に、電子銃の作るクロ
    スオーバ像を試料面に結像する電子ビーム描画装
    置において、上記電子銃のカソードとして軸方向
    が<100>或いは<310>でその先端が平面加工さ
    れた単結晶ランタンヘキサボライドを用い、かつ
    前記クロスオーバ像の周辺部をカツトし中央部の
    みを選択通過する大きさのアパーチヤを有するア
    パーチヤマスクを設けてなることを特徴とする電
    子ビーム描画装置。 2 前記アパーチヤマスクは、前記クロスオーバ
    像の形成位置に配置されたものであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の電子ビーム描
    画装置。 3 前記アパーチヤマスクは、前記クロスオーバ
    像をレンズにより拡大結像した位置に配置された
    ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の電子ビーム描画装置。
JP57107165A 1982-06-22 1982-06-22 電子ビ−ム描画装置 Granted JPS58223323A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57107165A JPS58223323A (ja) 1982-06-22 1982-06-22 電子ビ−ム描画装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP57107165A JPS58223323A (ja) 1982-06-22 1982-06-22 電子ビ−ム描画装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58223323A JPS58223323A (ja) 1983-12-24
JPH0415609B2 true JPH0415609B2 (ja) 1992-03-18

Family

ID=14452128

Family Applications (1)

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JP57107165A Granted JPS58223323A (ja) 1982-06-22 1982-06-22 電子ビ−ム描画装置

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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5332677A (en) * 1976-09-08 1978-03-28 Toshiba Corp Electron beam exposure apparatus
JPS5648029A (en) * 1979-09-26 1981-05-01 Toshiba Corp Electron gun
JPS56132736A (en) * 1980-03-21 1981-10-17 Toshiba Corp Electron gun

Also Published As

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JPS58223323A (ja) 1983-12-24

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