CN1293592C - 电子枪 - Google Patents

Abstract

本发明的电子枪，备有发射电子的阴极单元(1)、加速该发射电子的阳极单元(3)、配置在上述阴极单元与上述阳极单元之间，控制该发射电子轨道的偏压单元(2)、配置在上述阳极单元下方，遮挡一部分上述发射电子的遮挡单元(12)和冷却该遮挡单元的冷却单元(14)。

Description

电子枪

技术领域

本发明涉及在制造半导体器件时的光刻工序中用的电子枪和用电子枪的曝光和绘图技术。

背景技术

在制造半导体器件的批量生产阶段，使用具有高生产性的光分档器，但是在线宽为小于等于0.1μm的4GDRAM以后的存储器件等的生产中，作为一种替代光曝光方式的曝光技术，人们正期待着图象分辨率高，生产性优越的电子束曝光方法。

作为已有的电子束曝光方法，可以用单一电子束的ガウシアン方式和可变成形方式。

图9A表示采用该已有的电子束曝光方法的曝光装置的构成，从阴极201的前端发射的电子束EB通过偏压电极202的孔径202a，在偏压电极202和阳极203之间形成交叉CO，进一步，通过阳极203和与该阳极构成一体的孔径204a，入射到第1照明透镜205a、第2照明透镜205b，通过孔径204b，入射到投影透镜207后，由偏转器208偏转到达晶片210。211是载置并移动晶片210的载物台。

又，近年来，作为提高电子束曝光方法的生产性的方法，提出了部分统括转印方式的提案(例如，请参照日本2000年公布的2000-331632号专利公报)。该方式是将存储器件等的电路图案的重复部分分割成数μm区域，统括地曝光该分割图案的方法，能够提高生产性。此外，与上述生产性同样重要的事是线宽精度，为了确保它的性能，要求在全部曝光区域中使曝光区域的照射强度的均匀性小于等于1％。

在上述的部分统括转印方式中统括地进行曝光的面积约为5μm²，又，因为从在根据透镜象差的图象分辨条件将投影透镜的聚束半角设定在数mrad，所以用由电子枪的交叉直径与照射束的取出半角之积定义的发射度e，e＞曝光区域×聚束半角(＝～10μm·mrad)，作为均匀照明要求的条件。

作为这些电子枪类型，一般用电子束的能量约为50kV的3极电子枪构造。为了从该电子枪发射的电子束中得到均匀性高的电子束，从在数10mrad的角度区域内发射的发射电子束中选择特性良好的数mrad的区域的电子束，用作照射束(例如，如图9B所示，用孔径204a进行这种选择。)。

在这种电子束曝光装置中，用将硼化镧(LaB₆)的单晶作为阴极的3电极构造的电子枪。因为阴极的发射电流为100～200μA，从该束电流中取出数μA作为对曝光有贡献的电子束，所以这里大部分发射电流都被途中的遮挡电极单元所阻止。在这些已有电子枪的例子中，因为加速电压为50kV时的电子束的总能量比5～10mW小所以几乎没有由于遮挡电子束引起的发热问题，从而可以在柱体内使大部分电子束能量放热，不需要进行强制冷却。

如图8所示，作为用于实现高通过量的电子枪特性，当得到亮度1.0～1.5×10⁶A/cm²sr、发射度15～30radμm·mrad时，电子枪的电流量由电流＝(亮度)×(发射度)²导出，与已有电子枪比较要求约大于等于10倍的发射电流。

在具备这样高亮度、大发射度条件的大电流型的电子枪中，如已有电子枪的图9A所示，当从电子枪的阴极201产生的发射电子被孔径204a遮挡时，发生使该孔径熔化那样的问题和当被阳极203遮挡时发生使电极单元熔化那样的问题。又，当不使来自阴极201的发射电子照射在阳极203上，在曝光装置的柱体内进行遮挡时，因为由于来自遮挡单元的散射电子在柱体内部发生充电现象，所以成为使电子束的位置精度恶化的原因。

又，因为电子枪的电压使用大于等于50kV的高电压，所以发射电子照射阳极203产生的反射电子和二次电子在电子枪的加速空间中散射，从而成为微小放电的原因。

因此，要实现备有具有高亮度、大发射度条件的大电流型电子枪的高通过量的电子束曝光装置是困难的。

发明内容

本发明就是鉴于上述课题提出的，本发明的目的是解除由于发射电子的发热使周边电极熔融的问题，实现温度稳定的电子枪，提供高精度并且高通过量的曝光装置。

为了解决上述课题，达到该目的，本发明的电子枪备有发射电子的阴极单元、加速该发射电子的阳极单元、配置在上述阴极单元与上述阳极单元之间，控制该发射电子轨道的偏压单元、配置在上述阳极单元下方，遮挡一部分上述发射电子的遮挡单元和冷却该遮挡单元的冷却单元。

又，本发明的电子束曝光装置备有设置了发射电子的阴极单元、加速该发射电子的阳极单元、配置在上述阴极单元与上述阳极单元之间，控制该发射电子轨道的偏压单元、配置在上述阳极单元下方，遮挡一部分上述发射电子的遮挡单元和冷却该遮挡单元的冷却单元的电子枪和保持并移动用上述发射电子进行曝光的基板的载物台。

又，本发明的器件制造方法备有用上述电子束曝光装置使基板曝光的工序和使经过曝光的基板显影的工序。

如以上说明的那样，如果根据本发明，则在具有高亮度、大发射度性能的电子枪中，通过设置遮挡发射电子的遮挡单元和冷却单元，解除由于发射电子的发热使周边电极熔融的问题，成为温度稳定的电子枪，能够实现高精度地备有高通过量性能的电子束曝光装置。

又，因为发射电子被遮挡单元遮挡，能够抑制不要的电子入射到后段的柱体内部，能够解除柱体内的带电问题，所以能够实现由于带电引起的束位置变动很小的稳定并且高精度的卓越的电子束曝光装置。

又，因为上述那样地解除了热问题，所以能够紧凑地构成备有高亮度、大发射度特性的大电流电子枪，并且能够降低装置的成本。

除了上面讨论的那些以外，对于那些熟练的技术人员来说，从下面的对本发明的优先实施形态的描述将清楚地了解到本发明的其它目的和优点。在描述中，我们参照形成本发明的一部分并且说明本发明的实施例的附图。然而，这些实施例并不概括本发明的各种不同的实施形态，所以我们要参照附在描述后用于确定本发明范围的权利要求书。

附图说明

图1是表示与本发明有关的实施形态的电子枪的构成的概略图。

图2是与本发明有关的实施形态的电子枪的构成，是可以分离地构成冷却装置的概略图。

图3是与本发明有关的实施形态的电子枪的构成，是表示将冷却装置配置在电子枪室内的构成的概略图。

图4是包含与本发明有关的实施形态的电子枪的控制块的概略图。

图5是与本发明有关的实施形态的电子枪的构成，是表示抑制散射电子的构成的概略图。

图6是表示配列多个与本发明有关的实施形态的电子枪的构成的概略图。

图7是说明多束曝光方式的例子的图。

图8是说明亮度与发射度关系的图。

图9A、B是说明已有电子束曝光装置的构成和电子枪的电子发射特性与照射束区域的关系的图。

图10是说明半导体器件的制造流程的图。

图11是说明晶片加工的图。

具体实施方式

下面，我们参照附图详细说明与本发明有关的电子枪和备有该电子枪的曝光装置的实施形态。

又，本发明，作为本实施形态例示的电子束曝光装置，也能够同样适用于：用电子束照射掩模，将该掩模图案投影到晶片上进行曝光的装置和用多条或一条电子束直接在晶片上进行描绘的装置，或用电子束在掩模板上描绘掩摸图案的装置等，这是不言而喻的。

图7是多电子束方式的一个例子，从单一电子源101发射的电子束EB由会聚透镜102准直为平行光，用孔径兼分割器103将电子束分割成多条电子束后，用象差校正用的多透镜104对缩小透镜105持有的透镜象差进行校正，此后用缩小电子光学系统105进行缩小，照射在晶片106上。107是移动晶片106的载物台。

在本方式中因为能够在与缩小电子光学系统105的光轴正交的方向上形成多个光源的中间像，预先对当由缩小电子光学系统105将各中间像缩小投影到晶片106上时产生的象差，特别是象面弯曲象差等进行校正，所以不会降低电子光学系统的图象分辨率，能够扩大绘图区域提高曝光装置的生产性。

图1表示作为上述那样的用于实现高通过量的本发明的代表性实施形态的电子枪的构成，备有阴极1、偏压电极2和阳极3，进一步，由遮挡电极11、冷却单元14构成的冷却装置10。阴极1由硼化镧(LaB₆)构成，阴极温度为1540℃，加上电压50kV。又，在数百V到1kV之间选择对应于亮度特性的电压并加在偏压电极2上。阴极1的前端形成半球状，从该前端发射的电子通过偏压电极2的孔径6，在偏压电极2与阳极3之间形成交叉CO，进一步，不照射阳极3而通过孔径7，入射到在它前面的遮挡电极11。遮挡电极11具有遮挡电子束曝光不需要的电子束EB2的构造，只有用于使晶片106曝光的电子束EB1通过孔径13。

在遮挡电极11上，设置电子束EB2入射的孔径12和接受通过孔径12入射的电子束EB2的照射的倾斜单元17。在倾斜单元17上为了使电子束曝光不需要的电子束EB2以某种程度倾斜地入射，而设置离开与光轴垂直的面以预定角度θ(最好为30°＜θ＜60°，在本实施形态中约为45°)倾斜的碗状面(圆锥面)，减少反射电子数量。进一步，孔径12为了防止或减少在倾斜单元17反射的电子通过阳极3的孔径7，再入射到发射电子的加速空间(阴极1与阳极3之间)而设置遮挡反射电子的闭塞单元12a。所以，具有将在从阴极1发射的电子束中，曝光不需要的电子束EB2封闭在阳极3下部的遮挡电极11内的构造。

为了达到高通过量性能所需的电子束电流需要大于等于已有电子枪10倍的发射电流，它的总电流需要为从1mA到数mA，因为它的大部分电流都被遮挡电极11所遮挡，所以在遮挡电极11中投入50W～数百W的热量。遮挡电极11具有与用冷却水冷却的冷却单元14成为一体的构造，也具有防止(或减少)遮挡电极11温度上升，解决熔融问题，进一步，防止冷却装置10的周边部件发热的构造。

图2表示可以分离遮挡电极11和冷却单元14使它们分别构成的例子，作为用于遮挡电极11的材料，可以用W、Mo、Ta那样的高熔点材料，但是进一步，也可以选择由对于入射电子反射效率小的轻元素构成的材料(例如，石墨和氮化硼等)。又，用Cu、Al、Fe、Ti那样的热传导系数优越的金属材料制作冷却单元14。这里，因为在遮挡电极11和冷却单元14的接触单元15中产生热阻，要高效率地冷却遮挡电极11是困难的，所以这里使该接触单元15具有通过熔点比该遮挡电极11低的金属材料(例如，In、Ga、Pb和低熔点合金等)降低热阻提高遮挡电极11的冷却效率的构造。此外，在与图1相同的要素上附加相同的标号并省略对它们的说明。

图3例示收容电子枪的电子枪室的构成。因为即便在将电子枪配置在电子枪室24内，也能够如上所述地通过具有遮挡电极11和冷却单元14的冷却装置10将遮挡电子束EB2将其封闭在狭窄的空间内，只使对电子束曝光有效的电子束EB1经过孔径13和外壳25射出到电子枪室24外，所以具有能够紧凑地构成电子枪室24的优点。此外，在与图1相同的要素上附加相同的标号并省略对它们的说明。

图4例示在冷却单元14下部设置绝缘体16，进一步，作为冷却单元14的冷却媒介使用具有绝缘性的纯净水或氟利昂等的构成。又，为了能够用电流检测单元34检测入射到遮挡电极11的电流而进行构成，进一步，为了能够用电流检测单元33检测入射到阳极3的电子数量而进行构成。

分别地从高电压发射单元31将预定电压加到阴极1上，从偏置电压发生单元32将预定电压加到偏压电极2上。这里，为了避免阳极熔融，根据电流检测单元33和34的检测结果，对高电压发射单元31和偏置电压发生单元32的工作进行控制。又，通过用电流检测单元33和34检测电子枪调整阶段和阴极安装位置的问题、以不适当的偏置电压值进行照射时的异常情况，能够使高电压发射单元31更安全地工作。此外，在与图1相同的要素上附加相同的标号并省略对它们的说明。

图5例示为了进一步减少从冷却装置10散射的二次电子和反射电子的构造，在阳极3和遮挡电极11之间设置电极26。由于加在电极26上的负电压能够进一步提高对于从遮挡电极11的孔径12漏出的电子的遮挡效果。此外，在与图1相同的要素上附加相同的标号并省略对它们的说明。

图6例示配置了多个具有上述冷却装置10的电子枪的构成(这里，是电子枪G1、G2)，因为用各个冷却装置10遮挡和冷却从配列的多个阴极1发射的发射电子，能够解除配列的多个电子枪的发热问题，所以能够紧凑地构成整个电子枪。又，通过为了将遮挡电极11独立地配置在各个冷却装置10中，能够用图4的电流检测单元33独立地检测遮挡电极11的电流，进一步能够独立地控制图4的高电压发射单元31和偏置电压发生单元32而进行构成，能够使来自各个阴极1的发射电流稳定化。

如果根据上述实施形态，则备有冷却装置10的电子枪，因为能够用遮挡电极11遮挡不要的电子并进行冷却，所以不会将电子枪产生的热传到柱体本身，能够构成温度稳定的柱体。又，因为电子束曝光所需的电子入射到柱体，所以能够减轻由于不要的电子引起的带电问题，从而能够实现稳定并且高速的电子束曝光装置。

又，通过用于备有多个电子枪的多柱体方式的电子束曝光装置，能够实现备有更高通过量性能的电子束曝光装置构成。

[器件制造方法]

下面，我们说明利用上述半导体制造装置的器件制造方法的实施形态。

图10表示微小器件(IC和LSI等的半导体芯片、液晶面板、CCD、薄膜磁头、微小机器等)的制造流程。在步骤S21(设计电路)进行半导体器件的电路设计。在步骤S22(作成曝光控制数据)根据设计的电路图案作成曝光装置的曝光控制数据。另一方面，在步骤S23(制造晶片)用硅等的材料制造晶片。步骤S24(加工晶片)称为前工序，用输入了上述准备好曝光控制数据的曝光装置和晶片，通过光刻技术在晶片上形成实际的电路。下一个步骤S25(组装)称为后工序，是用在步骤S24制作的晶片进行半导体芯片化的工序，包含装配工序(切割、焊接)、包装工序(封入芯片)等的工序。在步骤S26(检查)，进行在步骤S25制作的半导体器件的工作确认试验、耐久性试验等的检查。经过这些工序完成半导体器件，使它们出厂(步骤S27)。

图11表示上述晶片加工的详细流程。在步骤S31(氧化)使晶片的表面氧化。在步骤S32(CVD)在晶片表面上形成绝缘膜。在步骤S33(形成电极)通过蒸涂在晶片上形成电极。在步骤S34(注入离子)将离子注入晶片。在步骤S35(抗蚀剂处理)在晶片上涂敷感光剂。在步骤S36(曝光)用上面说明的曝光装置在晶片上烧结曝光电路图案。在步骤S37(显影)对经过曝光的晶片进行显影。在步骤S38(刻蚀)削除经过显影的抗蚀剂像以外的部分。在步骤S39(剥离抗蚀剂)除去刻蚀结束后已经不需要的抗蚀剂。通过重复进行这些步骤，在晶片上形成多重电路图案。

如果用本实施形态的制造方法，则能够低成本地制造至今难以制造的高集成度的半导体器件。

Claims (12)

1.一种电子枪，其特征在于备有：

发射电子的阴极单元、

加速该发射电子的阳极单元、

配置在上述阴极单元与上述阳极单元之间，控制该发射电子的轨道的偏压单元、以及

遮挡由上述阳极单元加速了的上述发射电子的一部分的遮挡单元和冷却该遮挡单元的冷却单元。

2.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于：上述阴极单元的前端由半球状的部件构成。

3.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于：上述遮挡单元备有入射上述发射电子的入射单元和相对上述入射的发射电子的入射方向倾斜的倾斜单元，在上述入射单元上设置封闭照射在上述倾斜单元上的发射电子的部件。

4.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于：可分离地构成上述遮挡单元和冷却单元，该遮挡单元由高熔点材料构成，在该遮挡单元与冷却单元之间插入低熔点材料。

5.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于：在上述冷却单元上设置绝缘体，使预定电阻的冷却媒介通过该冷却单元。

6.根据权利要求5所述的电子枪，其特征在于：进一步备有检测入射到上述遮挡单元的电子的检测单元和根据该检测单元的检测结果控制所加电压的控制单元。

7.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于：在上述阳极单元和遮挡单元之间备有电极，在该电极上加上电压。

8.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于：在同一气氛的电子枪室内配列多个上述电子枪。

9.根据权利要求8所述的电子枪，其特征在于：上述配列的多个电子枪中的各个电子枪备有检测入射到上述遮挡单元的电子的检测单元和根据该检测单元的检测结果控制所加电压的控制单元，上述各控制单元独立地被控制。

10.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于：适用于由从该电子枪发射的电子束对基板进行曝光的曝光装置。

11.一种电子束曝光装置，其特征在于备有：

设置了发射电子的阴极单元、加速该发射电子的阳极单元、配置在上述阴极单元与上述阳极单元之间控制该发射电子的轨道的偏压单元、遮挡由上述阳极单元加速了的上述发射电子的一部分的遮挡单元和冷却该遮挡单元的冷却单元的电子枪、以及

保持并移动用上述发射电子进行曝光的基板的载物台。

12.一种器件制造方法，其特征在于包括：用权利要求11的电子束曝光装置对基板进行曝光的工序、以及使经过曝光的基板显影的工序。

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