JPH0451438A - 電子ビーム露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 ＬａＢ６等により形成したカソード電極を有する電子ビ
ーム露光装置及び露光方法に関し、高い肺度と均一な電
子照射分布となる電子ビームを形成することを目的とし
、 先端に平坦面を有する突起を設けた単結晶体と、前記突
起の周囲に設けられ、かつ、前記突起の先端面とほぼ同
一平面になる面を有する導電性の保護膜とを備えたカソ
ード電極を含め構成する。

Ｃ産業上の利用分野〕 本発明は、電子ビーム露光装置及び露光方法に関し、よ
り詳しくは、ランタンヘキザボライト等により形成した
カソード電極を備えた電子ビーム露光装置及び露光方法
に関する。

〔従来の技術］ 電子ビーム露光装置においては、透過マスクに種々のパ
ターンを形成して露光時間を短縮さ・Ｕるものが種々提
案されている。

このような装置では、第７図に示すように、カソード電
極Ｋから出た電子をグリッドＧ、アノードＡ、収束レン
ズＬ１等に通した後、これを透過マスクＭによってパタ
ーン化し、さらに、その電子をレンズＬ２、Ｌ３、アパ
ーチャＡＰ等に通して基板Ｗ表面のフォ［レンズｌ−Ｒ
に照射し、ここに潜像パターンを形成するように構成さ
れている。

ところで、透過マスクＭに設けた開孔パターンｐが大き
い場合には、広い領域で均一な高い輝度の電子ビームを
照射する必要があるが、それが不均一になればなるほど
、コントラストが低下してフォトレンズｌ−Ｒに形成さ
れる潜像のパターン精度が低下することになる。

一方、スルーブツトを向上させるためには、フオトレジ
スト あり、例えば、矩形状パターンを３×３μｍ２とし、１
　ｃｒｌあたり１秒で露光するためには、約１０Ｍ５ｈ
ｏｔ／秒の露光速度が必要となり、１０ＩＣ／ｃｒｙの
感度を有するフォトレジストを用いる場合には、約１０
０Ａ／ｃｍ程度の電流密度が要求される。

ここで、電子ビーム収束半角をα、輝度を８表すると、
電流密度Ｊは１、Ｊ−πα２βとなり、αを大きくし過
ぎると、ダイナミック補正が不可能な球面収差、色収差
、コマ収差が増えるため、αは７　ｍｒａｄ以上にでき
なくなる。

ここで、αを８　ｍｒａｄとし、電流密度Ｊを１．００
Ａ　／　ＣＩ程度とする場合には、βを５Ｘ１０１５Ａ
／ｃＪｓｔｅｒａｄｉａｎ以」二、例えばＩ　Ｘ　１０
　”Ａ／ｃｆｆｌｓｔｅｒａｄｉａｎ程度にする必要が
ある。

このような条件を得るための装置として、カッド電極に
ランタンへキザボライト（１，ａＢ６）を使用したもの
が提案されている。

なお、多結晶のＬａＢ６は、安定性がなく、品質管理が
難しいために、単結晶のものが使用される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、第８図に示すように、単結晶の１、ａＢｂよ
りなるカソード電極に、の先端を尖らせる場合には、そ
の先端の電荷密度が非常に高くなって、電子を広い面積
で均一に照射することは殆ど不可能になる。

また、第９図に示すように、カソード電極に２の先端が
１２０°〜６０°程度の開き角で、先端に丸みがあり、
その曲率半径が１００μｍ程度のものは、エネルギー分
布の均一性が比較的良いが、このタイプのものは、使用
時間の経過とともに、その先端部分が蒸発してその曲率
が変化していくため、露光の安定性が乏しくなる。この
場合、低温で使用すれば曲率の変化を抑制できるが、輝
度が上がらないといった不都合がある。

さらに、第１０図に示すように、先端が平らな円柱状、
角柱状のカソードに３は、比較的強度差が均一で、しか
も、曲率を考慮する必要がないが、これを高温、高輝度
で使用すると、柱の側面から１、ａＢ６が茶発して先端
の平坦な面積が縮小し、電子分布が変化するといった問
題がある。

これに対し、第１１図に示すように、円柱状、角柱状の
ＬａＲｂの周囲をグラファイトＣで覆い、その中心に開
口部Ｈを設け、グラファイトＣによってＬａＢ６の周囲
から電荷を放出させず、側面からの蒸発を阻止したカソ
ード電極に４がある。

しかし、グラフアイｌ−Ｃの厚さにより開口部１１の近
傍に段差が生じるため、エツジでの電界が不均一になり
、カソード電極に４の前方に形成される電界Ｅに乱れが
生じ、これによっても均一な電子分布を得ることができ
ない。また、開口部Ｉ（は、グラファイトＣを酸素プラ
ズマによってエツチングして形成するようにしているた
め、酸素プラズマによってＬａＢ６の表面が酸化して電
子発生効率が低下することになる。さらに、酸化したＬ
ａＢ６を除去する場合には、その表面を機械的に研磨す
ることが行われているが、グラファイトＣに覆われてい
るために研磨が不可能になるといった問題がある。

ところで、ＬａＢ６よりなるカソード電極に１〜に４は
、その前方に配置したグリッドＧとアノード八とによっ
て３極型の荷電粒子発生源を構成しており、カソード電
極に、〜に４から出る電子の総量をグリッドＧによって
一定値以下に制御する構造となっている。

このような制御方法によれば、グリッドＧに電圧をかけ
て電界を発生させて静電レンズを形成し、カソード電極
の先端付近のみから出た電子をクロスオーバとして一旦
収束させるが、静電レンズの球面収差係数が非常に大き
く、一般に１／３以下に輝度が低下する。また、周囲か
ら出る電子をグリッドＧの不均一電界で抑えているため
に、均一な電子を射出することが困難となるといった問
題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって
、高い輝度と均一な電子照射分布となる電子ビームを形
成できる電子ビーム露光装置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〕

上記した課題は、第１図に例示するように、先端に平坦
面を有する突起３を設けた単結晶体２と、前記突起３の
周囲に設けられ、かつ、前記突起３の先端面とほぼ同一
平面になる面を有する導電性の保護膜５とを備えたカソ
ード電極ｌを有する電子ビーム露光装置、 または、第２図に例示するように、電子放出部３を突出
させ、該電子放出部３周囲の四部に保護膜５を設けると
ともに、該保護膜５と前記電子放出部３先端面とをほぼ
同一平面にして形成したカソード電極１から電子を放出
させ、そのままアノード電極７のスリットを通過させて
、該電子を透過マスク１６、フォトレジストＲに向けて
照射することを特徴とする電子ビーム露光方法によって
達成する。

〔作　用〕

本発明によれば、カソード電極１のうぢ電子放出部３を
突出させて形成し、その周囲に保護膜５を形成するとと
もに、保護膜５と電子放出部３の先端面とをほぼ同一平
面となるようにした。

このため、第３図に示すように、電子が放出する面とそ
の周囲の面の前方には等電位面が形成されるために、電
界は乱れずに電子放出面に垂直方向に形成され、広い領
域で電子散乱のないほぼ均一な電子ビームが形成される
。

従って、カソード電極１とアノード電極の間に電子収束
用のグリッドを特に設ける必要がなく、グリッドによる
輝度の低下がなくなり、高い輝度と均一な電子がアノー
ドから放出される。

この結果、透過マスク１６に設けられた大きな面積の開
孔パターンを通過した電子ビームは、第４図（ｂ）に示
すように輝度の高い均一な電子分布となり、フォトレジ
ストＲに照射する電子ビームのコントラストを高くして
微細なパターンを形成することができるようになる。

また、カソード電極１の電子放出面は、保護膜５と同一
平面となるため、電子放出部３を構成するＬａＢ６等が
酸化しても、その酸化物は研磨によって簡単に除去する
ことができ、しかも、研磨の際に保護膜５も削れるため
に、カソード電極１の先端の平坦性は常に保たれること
になり、電界の乱れは生じない。

［実施例］ そこで、以下に本発明の詳細を図面に基づいて説明する
。

第１図は、本発明の一実施例装置の要部を示す斜視断面
図であって、図中符号１ば、後述する荷電粒子発生源１
０を構成するカソード電極で、ＬａＢ６よりなる円柱状
の単結晶体２を有し、この単結晶体２の一端の中心には
、端部が平坦な円柱状の電子放出部３が突出形成されて
おり、また、その周囲の領域は、電子放出部３を挿通す
る開口部４を設けた導電性保護膜５により覆われている
。

この保護膜５は、電子放出温度下で単結晶体２と化学反
応を起こさす、その中に拡散しない材料、例えばグラフ
ァイトやダイヤモンドライクカーボン、炭素により形成
され、その膜厚は、電子放出部３の端面とほぼ同一平面
を形成するような厚さに形成されている。

６は、カソード電極■の側面を覆う導電膜で、保護膜５
と同じ材料、または、保護膜５及び単結晶体２と反応せ
ず、しかも、その中に拡散しない材料によって形成され
ている。

第２図は、電子ビーム露光装置の概略図であって、この
電子ビーム露光装置は、」１記したカッド電極１と、そ
の前方に取付けられるアノード電極７とを備えた荷電粒
子発生源電極１０を有している。

また、荷電粒子発生ｒＡ１０の前方には、カソード電極
１の電子放出部３から照射された電子ビームを所定の矩
形状に成形するシリコンスリソｌ−１１と、これにより
成形された電子ビームを収束する第一の電子レンズ１２
と、電子ビーム位置を修正偏向するスリットデフレクク
１３と、相対向して設けられた第２、第３の電子レンズ
１４．１５と、この第２、第３の電子レンズ１４．１５
の間に水平方向に移動可能に装着された透過マスク１６
と、透過マスク１６の上下方向に配置されて各々の位置
情報に応じて第２、第３電子レンズの間のビームを偏向
し、透過マスク中の複数の透過パターンｐを選択する第
１〜第４の偏向器１７〜２０と、ブランキング信号に応
じて電子ビームを遮断し、若しくは通過させるブランキ
ング２１と、第４の電子レンズ２２と、アパーチャ２３
と、第５の電子レンズ２４と、第６の電子レンズ２５と
、基板Ｗ上に照射される電子ビー１、の位置決めをする
メインデフコイル２Ｇ、ザブデフレクタ２７とを有し、
これらは、図示しない制御■回路によって制御され、基
板載置台２８に載置した基板Ｗ表面のレジスＩ−Ｒに電
子ビームを照射するように構成されている。

次に、上記した実施例の作用について説明する。

先ず、荷電粒子発生源１０のカソード電極１に例えば−
３０ｋＶ程度の負の電圧を印加する一方、アノード電極
７にプラスの電極を印加してカソード電極１先端の電子
放出部３の端面から電子を放出さゼ、アノード電極７の
スリットを通した後、電子ビームをシリコンスリット１
１の矩形状のスリットに透過させ、ついで、第１の電子
レンズ１２によってこれを収束させ、デフレクタ１３に
よって軌道を偏向修正する。

そして、第２の電子レンズ１４を通った電子ビ１、を透
過マスク１Ｇの開花パターンｐに通過させて成形し、そ
の後に、第３の電子レンズ１５、ブラッキング２１等を
介して所望の位置及びタイミング、焦点を合わせること
により、透過マスク１６によって成形された形状の電子
ビームをレジストＲに照射することになる。

この場合、荷電粒子発生源１０においては、第３図に示
すように、単結晶体２の電子放出部３とその周囲の保護
膜２の端面に平行な等電位面が形成されるために、カソ
ード電極１の前方に形成される電界は電子放出部３の端
面に対して垂直方向に形成されるため、第４図（ａ）に
示すような、広い領域で散乱のないほぼ均一な電子分布
と高い輝度の電子ビームが得られる。

このため、カソード電極１とアノード電極７の間に電子
収束用のグリッドを特に設ける必要がなくなり、グリッ
ドによる輝度の低下がなく、高い輝度と均一な電子放出
が得られる。

しかも、電子放出部３の周囲は導電性の保護膜５で覆わ
れているために、蒸発による面積の減少がなく、電子は
安定に放出される。

したがって、透過マヌク１６に設けられた例えば３×３
μｍ２程度の面積の開孔バクーンｐを通過した電子ビー
ムは、第４図（ｂ）に示すようにほぼ均一な電子分布と
なり、コントラストを高くしてレジストＲを露光するこ
とが可能になる。

次に、上記したカソード電極１の形成方法を簡単に説明
する。

第５図は、カソード電極１の形成方法の第１の例を示す
断面図であり、まず、同図＜ａ＞　に示すように、Ｌａ
Ｂ６よりなる柱状の単結晶体２の一端面の中央に、直径
１１００ＩＩの円状のレジストマスク２０を形成した後
、単結晶体２をスパッタ法により３０μｍの深さに達す
るまでエツチングし、ついで、レジストマスク２０を除
去する（第５図（ｂ））。これにより、単結晶体２の一
端に突起が形成され、これを電子放出部３とする。

次に、単結晶体２の一端の全体にスパッタリングによっ
て炭素膜２１を５０μｍ程度積層しく第５図（Ｃ））、
この後に、炭素膜２１を研磨して電子放出部３の先端を
露出した後、さらに１０μｍ程度研磨して純粋なｉ、ａ
Ｂａを露出させる。これにより、先端面積が約７８００
１１ｍ２の電子放出部が形成され、その周囲は炭素より
なる保護膜５により覆われることになる（第５図（ｄ）
）。

なお、この単結晶体２は、特に図示しないが、予めグラ
ファイト等の導電体に貫通させ、周囲に導電膜６を形成
しておく。

第６図は、カソード電極の形成方法の第２の例を示す断
面図であって、同図（ａ）に示すように、ＬａＢａの単
結晶体２の−・端面を機械的に加工してその中心に直径
１００７１ｍ、高さ１００μｍの電子放出部３を突出形
成する。

また、厚さ１００μｍのグラファイト板を加工してこれ
を保護膜５となし、その中心に直径１１０μｍの開口部
４を形成する。

この状態で、単結晶体２の電子放出部３と保護膜５の開
孔部４を合わせ、これらを打機系接着剤により張り合わ
せ、この後に、電子放出部３と保護膜５を研磨して平坦
化する（第６図（ｂ））。

このように、ＬａＢ６よりなる単結晶体を有するカソー
ド電極は、例えば−３Ｑ　ｋ　Ｖの電圧を印加し、また
、１６００　’Ｃに加熱し、電流密度を１０Ａ／ｃＴＭ
として電子放出部３の端面から電子を放出させるが、単
結晶体の電子放出面積が１０１００Ｘ１００１１程度と
なると、エミッション電流が１ｍＡとなる。

このため、３０に■×１ｍＡのエネルギーを受けて第２
図に示すシリコンスリット１１が溶解し易くなるが、本
実施例では、電子放出部の端面積を１００００μｍ２以
下としているために、シリコンスリット１１が溶解し難
くなり、安定な露光を行うことができる。

また、カソード電極１の電子放出部３の端面ば、保護膜
５と同一平面を形成しているため、１、ａＢ６が酸化し
ても、その酸化′物は研磨によって簡単に除去すること
ができ、しかも、研磨の際に保護膜５も併せて削るため
に、カソード電極１の先端の平坦性は常に保たれるこ七
になり、電界の乱れは生じない。

Ｇ なお、上記した実施例では、カソード電極１及び電子放
出部３をともに円柱状に形成したが、角柱その他の形状
にすることも可能である。

また、上記した実施例では、カソード電極１とアノード
電極７との間にグリッドを設けない場合について説明し
たが、これおらの間にグリッドを設りである程度輝度を
高くしたり、電子分布を均一にすることができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、カソード電極のうち
電子放出面を突出させて形成し、その周囲に保護膜を形
成するとともに、保護膜と電子放出面とをほぼ同一平面
となるようにしたので、電子が放出する面とその周囲の
面の前方に等電位面が形成されるため、電界は乱れずに
電子放出面に垂直方向に形成されるため、広い領域で電
子散乱のないほぼ均一な電子分布と、高い輝度の電子ビ
ムを形成することができ、コントラストの高い大きな像
をフォトレジストに形成することが可能になる。

また、カソード電極の電子放出面は、保護膜と同一平面
となるため、電子放出部を構成する１、＋＋　Ｉｆ　＋
＋等が酸化しても、その酸化物は研磨によって筒中に除
去することができ、しかも、研磨の際に保護膜も削れる
ために、カソード電極の先端を常に平坦性に保つことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例装置のカソード電極を示す
斜視断面図、 第２図は、本発明の一実施例装置を示す概要構成図、 第３図は、本発明の一実施例装置の動作説明図、第４図
は、本発明の一実施例装置の透過マスクの前後における
電子分布図、 第５図は、本発明に通用するカソード電極の形成方法の
第１例を示す断面図、 第６図は、本発明に適用するカソード電極の形成方法の
第２例を示す断面図、 第７図は、従来装置ηの一例を示す概要構成図、第８図
は、従来装置の荷電粒子発生源の第１例を示す断面図と
、その電子分布図、 第９図は、従来装置の荷電粒子発生源の第２例を示す断
面図と、その電子分布図、 第１Ｏ図は、従来装置の荷電粒子発生源の第３例を示す
断面図と、その電子分布図、 第１１図は、従来装置の荷電粒子発生源の第４例を示す
断面図と、その電子分布図である。 （符号の説明） ■・・・カソード電極、 ２・・・単結晶体、 ３・・・電子放出部、 ４・・・開口部、 ５・・・保護膜、 ６・・・導電膜、 ７・・・アノード電極、 １１・・・シリコンスリソ１−１ １６・・・透過マスク、 Ｗ・・・基板、 Ｒ・・・レジスト。 １つ 断綜覇宴

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端に平坦面を有する突起（３）を設けた単結晶
   体と（２）、 前記突起（３）の周囲に設けられ、かつ、前記突起（３
   ）の先端面とほぼ同一平面になる面を有する導電性の保
   護膜（５）とを備えたカソード電極（１）を有する電子
   ビーム露光装置。
2. （２）電子放出部（３）を突出させ、該電子放出部（３
   ）周囲の凹部に保護膜（５）を設けるとともに、該保護
   膜（５）と前記電子放出部（３）先端面とをほぼ同一平
   面にして形成したカソード電極（１）から電子を放出さ
   せ、そのままアノード電極（７）のスリットを通過させ
   て、該電子を透過マスク（１６）、フォトレジスト（Ｒ
   ）に向けて照射することを特徴とする電子ビーム露光方
   法。