DE112007000045T5

DE112007000045T5 - Elektronenkanone, Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät und Bestrahlungsverfahren

Info

Publication number: DE112007000045T5
Application number: DE112007000045T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yasuda; Takeshi Haraguchi
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2010-04-22
Also published as: JPWO2008102435A1; US20080211376A1; JP4685115B2; WO2008102435A1; TW200849306A

Abstract

Elektronenkanone, umfassend:
eine Elektronenquelle, die ein Elektron emittiert;
eine Beschleunigungselektrode, die so angeordnet ist, dass sie zu einer Elektronenemissionsfläche der Elektronenquelle weist, und die das Elektron beschleunigt;
eine Extraktionselektrode, die zwischen der Elektronenemissionsfläche und der Beschleunigungselektrode angeordnet ist, die eine sphärisch konkave Fläche aufweist, die das Zentrum auf einer optischen Achse aufweist und zur Elektronenemissionsfläche weist und die ein Elektron aus der Elektronenemissionsfläche extrahiert; und
eine Suppressorelektrode, die auf der Seite gegenüber der Extraktionselektrode in Bezug auf die Elektronenemissionsfläche angeordnet ist und die die Elektronenemission aus einer Seitenfläche der Elektronenquelle unterdrückt, wobei
an die Elektronenemissionsfläche ein elektrisches Feld angelegt wird, während die Elektronenquelle bei einer niedrigen Temperatur in solch einem Ausmaß gehalten wird, dass die Sublimation von Material der Elektronenquelle nicht verursacht würde, um die Elektronenquelle zu veranlassen, ein thermisches Feldemissionselektron zu emittieren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronenkanone, die bei einem Lithographieprozess zur Herstellung eines Halbleiterbauelements verwendet wird, ein Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät, das mit der Elektronenkanone versehen ist, und ein Bestrahlungsverfahren.
Stand der Technik
Kürzlich wurde, um den Durchsatz bei Elektronenstrahl-Bestrahlungsgeräten zu verbessern, eine variable rechtwinklig Öffnung oder eine Vielzahl von Maskenmustern als Maske hergestellt, und auf diese Weise wird durch Strahlablenkung ein Muster ausgewählt, um durch Bestrahlung auf eine Halbleiterscheibe übertragen zu werden. Als eines der Bestrahlungsverfahren, das solch eine Vielzahl von Maskenmustern verwendet, wird ein Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät vorgeschlagen, das eine Blockbestrahlung ausführt. Bei der Blockbestrahlung wird auf folgende Art und Weise ein Muster auf eine Probenoberfläche übertragen. Um genau zu sein, es wird ein Strahl auf einen Musterbereich gestrahlt, der durch Strahlablenkung aus einer Vielzahl von Muster ausgewählt wird, die in einer Maske vorgesehen sind, so dass der Querschnitt des Strahls in die Form des Musters geformt wird. Danach wird bei einer späteren Stufe die Ablenkung des durch die Maske gelaufenen Strahls durch einen Deflektor zurückgestellt. Danach wird das Muster mit einem konstanten Verkleinerungsverhältnis, das durch ein elektrooptisches System bestimmt wird, verkleinert und dann auf die Probenoberfläche übertragen.
Zudem ist es bei solch einem Bestrahlungsgerät auch wichtig, die Genauigkeit der Linienbreite sicherzustellen, um den Durchsatz zu verbessern. Um die Genauigkeit der Linienbreite sicherzustellen, ist es erforderlich, dass sich die Intensität des von einer Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls nicht mit der Zeit ändert. Wenn sich die Intensität des Elektronenstrahls ändert und mit der Zeit schwächer wird, wird das Ausmaß der Bestrahlung graduell vermindert. Wenn die Bestrahlungszeit erhöht wird, um die schwächere Intensität zu ergänzen, wird darüber hinaus die Steuerung des Bestrahlungssystems mühsam und der Durchsatz verschlechtert sich.
Die Verfahren zum Emittieren von Elektronen aus einer Elektronenkanone werden grob in einen thermionischen Emissionstyp und einen Feldemissionstyp unterteilt. Von diesen ist die Elektronenkanone vom thermionischen Emissionstyp aus einer Kathode aufgebaut, die dadurch Elektronen emittiert, dass sie aufgeheizt wird, eine Wehnelt-Kathode, die einen Elektronenstrahl durch Konvergieren der von der Kathode emittierten Elektronen bildet, und einer Anode, die den konvergierten Elektronenstrahl beschleunigt.
Wenn die oben beschriebene Elektronenkanone vom thermionischen Emissionstyp verwendet wird, wird zusammen mit der Emission von Elektronen aus einer Elektronenquelle (Chip), die in der Elektronenkanone verwendet wird, die Substanz, aus der der Chip besteht, sublimiert und verdampft, so dass die Menge der Substanz verringert wird. Diese Verringerung verursacht das Phänomen, dass ein Elektronenemissionsabschnitt verformt wird. Um das Auftreten dieses Phänomens zu verhindern, kommen verschiedene Arten von Maßnahmen in Frage. Beispielsweise offenbart die Japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 8-184699 eine Elektronenkanone. Bei der Elektronenkanone ist eine Oberfläche eines Chips mit einem Film bedeckt, der eine Zweischichtstruktur aufweist, die aus Wolfram (W) und Rhenium (Re) gebildet wird, so dass der Substanzverlust verringert wird.
Wie es oben beschrieben ist, werden, wenn die Elektronenkanone vom thermionischen Emissionstyp verwendet wird, nicht nur Elektronen aus dem Chip emittiert, aus dem die Elektronenkanone aufgebaut ist, sondern es wird in einigen Fällen auch das Chipsubstrat an sich sublimiert. Man nimmt an, dass dies daran liegt, dass im Fall der thermionischen Emission dadurch Elektronen emittiert werden, dass die Temperatur des Chips gleich oder höher als die Temperatur des Beginns der Sublimation einer Elektronen erzeugenden Substanz gesetzt wird, und auf diese Weise wird die Sublimation beim Chip verursacht.
Mit dieser Sublimation wird die Form des Chips, der Elektronen emittiert, verändert und daher kann ein variabler rechtwinkliger Strahl oder Blockmusterstrahl nicht gleichmäßig gestrahlt werden. Im Ergebnis wird die Intensität eines zu emittierenden Elektronenstrahls verringert. Beispielsweise wird im Fall der Elektronenkanone vom thermionischen Emissionstyp, bei der Lanthanhexaborid (LaB₆) als Chip verwendet wird und bei der die Temperatur auf 1500°C eingestellt ist, nach einmonatigem Gebrauch eine Sublimation von 1 μm erzeugt.
Zudem haftet bei der oben beschriebenen Sublimation die Chipsubstanz, wie etwa LaB₆ oder Cerhexaborid (CeB₆) auf der Rückseite eines Gitters. Diese Haftung führt zu Whiskers, die infolge von auf den Whiskers geladenen Elektronen zu Mikroentladungen führen. Wenn eine solche Mikroentladung verursacht wird, wird ein Phänomen verursacht, dass der Betrag und die Bestrahlungsposition eines Elektronenstrahls instabil sind und dass das Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät nicht normal verwendet werden kann. Darüber hinaus braucht die Einstellung des Geräts und dergleichen eine längere Zeit und auf diese Weise wird der Durchsatz verringert. Das größte Problem ist, dass die Zuverlässigkeit infolge von Änderungen des Musters mit der Zeit verloren geht, wenn die Mikroentladung verursacht wird. Demgemäß ist es entscheidend, die Mikroentladungen in der Umgebung der Elektronenkanone zu eliminieren, um ein Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät mit hoher Zuverlässigkeit bereitzustellen. Mit anderen Worten, es ist eine entscheidende Entwicklungsanforderung, um ein Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät mit hoher Zuverlässigkeit und Stabilität bereitzustellen, den betrag der Sublimation des Materials für die Elektronenkanone so gut wie möglich zu verringern.
Man beachte, dass bei der Patentliteratur 1 die Oberfläche des Chips mit dem Film abgedeckt ist, der die Zweischichtstruktur aufweist, um den Substanzverlust des Chips zu verringern. Allerdings kann nicht verhindert werden, dass die Form einer Elektronenemissionsfläche, die nicht mit der Zweischichtstruktur abgedeckt ist, infolge der Sublimation verändert wird.

Patentliteratur 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 8-184699

Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die zuvor genannten Probleme gemacht worden, die mit dem bisherigen Stand der Technik verbunden sind. Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, folgendes bereitzustellen: eine Elektronenkanone, bei der der Betrag der Sublimation infolge der Wärme einer Elektronenquelle, die Elektronen emittiert, verringert werden kann und die dauerhaft für lange zeit verwendet werden kann; ein Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät, das die Elektronenkanone verwendet; und ein Bestrahlungsverfahren.
Die oben beschriebenen Probleme können durch eine Elektronenkanone gelöst werden, die eine Elektronenquelle enthält, die ein Elektron emittiert, eine Beschleunigungselektrode, die so angeordnet ist, dass sie zu einer Elektronenemissionsfläche der Elektronenquelle weist, und die das Elektron beschleunigt; eine Extraktionselektrode, die zwischen der Elektronenemissionsfläche und der Beschleunigungselektrode angeordnet ist, die eine sphärisch konkave Fläche aufweist, die das Zentrum auf einer optischen Achse aufweist und zur Elektronenemissionsfläche weist und die ein Elektron aus der Elektronenemissionsfläche extrahiert; und eine Suppressorelektrode, die auf der Seite gegenüber der Extraktionselektrode in Bezug auf die Elektronenemissionsfläche angeordnet ist und die die Elektronenemission aus einer Seitenfläche der Elektronenquelle unterdrückt. Die Elektronenkanone ist dadurch gekennzeichnet, dass an die Elektronenemissionsfläche ein elektrisches Feld angelegt wird, während die Elektronenquelle bei einer niedrigen Temperatur in solch einem Ausmaß gehalten wird, dass die Sublimation von Material der Elektronenquelle nicht verursacht würde, um die Elektronenquelle zu veranlassen, ein thermisches Feldemissionselektron zu emittieren.
Bei der Elektronenkanone gemäß dem oben beschriebenen Gesichtspunkt kann das Material der Elektronenquelle irgendeines von Lanthanhexaborid (LaB₆) und Cerhexaborid (CeB₆) sein und die Seitenfläche der Elektronenquelle anders als die Elektronenemissionsfläche am Spitzenabschnitt der Elektronenquelle kann mit einer Substanz mit einem großen Austrittspotential bedeckt sein, wobei sich die Substanz von einer Substanz unterscheidet, aus dem die Elektronenquelle aufgebaut ist. Zudem kann die unterschiedliche Substanz Kohlenstoff sein und die Temperatur kann im Bereich von 1100°C bis 1450°C liegen.
Zudem kann bei der Elektronenkanone gemäß dem Gesichtspunkt die Extraktionselektrode in einem Abstand von 2 mm oder weniger von der Elektronenemissionsfläche angeordnet sein und zwischen der Extraktionselektrode und der Beschleunigungselektrode kann eine elektrostatische Linsenelektrode vorgesehen sein.
Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Abschnitt der Extraktionselektrode, der Abschnitt, der zur Elektronenemissionsfläche weist, so ausgebildet, dass er eine sphärisch konkave Fläche ist. Dadurch kann die Potentialverteilung zwischen der Extraktionselektrode und der Elektronenemissionsfläche sphärisch sein und daher kann das Potential in der Umgebung der Elektronenemissionsfläche extrem groß sein. Demgemäß kann eine hohe Luminanz des Elektronenstrahls erhalten werden, auch wenn die Elektronenkanone vom thermionischen Typ bei einer niedrigen Temperatur betrieben wird.
Zudem liegt bei der vorliegenden Erfindung nur die Elektronenemissionsfläche am Spitzenbereich des Chips der Elektronenquelle frei, während ein anderer Seitenabschnitt als dieser mit einer verschiedenen Substanz bedeckt ist. Beispielsweise ist, wenn LaB₆ als ein Elektronen erzeugendes Material verwendet wird, diese verschiedene Substanz beispielsweise Kohlenstoff (C). Da die Elektronenkanone, die solch eine Elektronenquelle aufweist, bei einer niedrigen Temperatur betrieben wird, wird die Sublimation des Chips kaum verursacht. Daher kann die Elektronenkanone stabil für längere Zeitdauern verwendet werden, ohne dass die Elektronenemissionsfläche der Elektronenquelle verformt wird.
Zudem werden, auch wenn ein intensives elektrisches Feld angelegt wird, um die Elektronenkanone bei einer solchen Temperatur zu betreiben, dass die Sublimation des Chips nicht verursacht wird, keine Elektronen aus der Seitenfläche der Elektronenquelle emittiert, weil die Seitenfläche der Elektronenquelle mit Kohlenstoff bedeckt ist. Mit dieser Konfiguration wird die Form des Elektronenstrahls nicht verändert und diese Konfiguration kann auch ein Phänomen verhindern, dass der Grad des Vakuums infolge eines unnötig auf eine hohe Temperatur erwärmten Abschnitts erniedrigt wird.
Darüber hinaus werden die oben beschrieben Probleme durch ein Elektronenstrahl-Bestrahlungsverfahren gelöst, das ein Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät verwendet, das die Elektronenkanone gemäß dem Gesichtspunkt und einem der oben beschriebenen Eigenschaften enthält. Das Elektronenstrahl-Bestrahlungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung angelegt wird, so dass das Potential der Extraktionselektrode geringer sein würde als das Potential des Spitzenabschnitts der Elektronenquelle, und einer Spannung der Elektronenquelle, deren absoluter Wert größer ist als ein Spannungswert, der normalerweise für die ganze Elektronenquelle verwendet wird, eine bestimmte Zeit lang; danach wird die Spannung der Elektronenquelle auf einen Spannungswert zurückgeführt, der normalerweise verwendet wird; und dann wird eine so angelegt, dass das Potential der Extraktionselektrode höher sein würde als das Potential des Spitzenabschnitts der Elektronenquelle, um eine Bestrahlung auszuführen.
Ein Beispiel von Ursachen einer beträchtlichen Verschlechterung der Zuverlässigkeit eines Geräts ist elektrische Entladung, die durch Stäube auftreten, die auf einer Wehnelt-Kathode und einem Isolator der Elektronenkanone haften und auf die Elektronen geladen werden. Als eine Maßnahme gegen dieses Problem wird im Allgemeinen ein Verfahren verwendet, das als Konditionierung bezeichnet wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird zum Zeitpunkt der Konditionierung vor der Bestrahlung das Potential der Extraktionselektrode so festgelegt, dass es kleiner ist als das der Elektronenquelle. Folglich werden, auch wenn die Konditionierung ausgeführt wird, keine Elektronen von der Elektronenquelle emittiert und die Elektronenquelle kann daran gehindert werden, geschmolzen oder beschädigt zu werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine Konfigurationsansicht eines erfindungsgemäßen Elektronenstrahl-Bestrahlungsgeräts;
2 ist eine Konfigurationsansicht einer erfindungsgemäßen Elektronenkanone;
3 ist ein Graph, der ein Beispiel der Potentialverteilung zwischen Elektroden, die die Elektronenkanone bilden;
4 ist eine Querschnittansicht, die die Form einer Extraktionselektrode zeigt;
Die 5(a) und 5(b) sind Ansichten, die jeweils ein Beispiel einer Potentialverteilung zwischen einer Elektronenemissionsfläche und der Extraktionselektrode zeigen;
6 ist ein Graph, der den Zusammenhang des Abstands von der Elektronenemissionsfläche und der Intensität des elektrischen Feldes zeigt;
7 ist eine Konfigurationsansicht einer Elektronenquelle und Elektrode gemäß der Elektronenkanone von 2; Die 8(a) und 8(b) sind Querschnittansichten, die jeweils die Form eines Spitzenabschnitts der Elektronenquelle zeigen;
9 ist eine Querschnittansicht einer Elektronenkanone und Elektrode gemäß der Elektronenkanone von 2; und
10 ist eine Querschnittansicht der Elektronenquelle, die einen Bereich darstellt, der die Elektronenemission einschränkt.
Bester Modus zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Zuerst wird die Konfiguration eines Elektronenstrahl-Bestrahlungsgeräts beschrieben werden. Anschließend wird die Konfiguration einer Elektronenkanone beschrieben werden und dann wird die Konfiguration einer Elektronenquelle der Elektronenkanone, die ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, beschrieben werden. Danach wird ein Bestrahlungsverfahren des die Elektronenkanone der vorliegenden Erfindung verwendenden Bestrahlungsgeräts beschrieben werden. Dann wird ein Verfahren zur Bildung eines Bereichs auf einer Oberfläche der Elektronenquelle, der die Elektronenverteilung beschränkt, beschrieben werden. Zuletzt werden die Wirkungen eines Falls beschrieben werden, bei dem die Elektronenkanone gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird.
(Konfiguration des Elektronenstrahl-Bestrahlungsgeräts)
1 zeigt eine Konfigurationsansicht eines Elektronenstrahl-Bestrahlungsgeräts gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Dieses Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät ist grob in eine elektrooptische Systemsäule 100 und eine Steuereinheit 200 unterteilt, die jede Einheit der elektrooptischen Systemsäule 100 steuert. Von diesen ist die elektrooptische Systemsäule 100 aus einer Elektronenstrahlerzeugungseinheit 130, einer Maskenablenkeinheit 140 und einer Substratablenkeinheit 150 aufgebaut und das Innere der elektrooptischen Systemsäule 100 ist dekomprimiert.
In der Elektronenstrahlerzeugungseinheit 130 wird ein in einer Elektronenkanone 101 erzeugter Elektronenstrahl EB durch eine erste elektromagnetische Linse 102 konvergiert und läuft dann durch eine rechtwinklige Blende 103a einer Strahlformungsmaske 103. Dadurch wird der Querschnitt des Elektronenstrahls EB in eine rechtwinklige Form geformt.
Danach wird durch eine zweite elektromagnetische Linse 105 der Maskenablenkeinheit 140 auf einer Bestrahlungsmaske 110 ein Bild des Elektronenstrahls EB gebildet. Dann wird der Elektronenstrahl EB durch erste und zweite elektrostatische Deflektoren 104 und 106 auf ein spezielles Muster Si abgelenkt, das auf der Bestrahlungsmaske 110 ausgebildet ist, und die Querschnittform davon wird in die Form des Musters Si geformt.
Man beachte, dass die Bestrahlungsmaske 110 auf einer Maskenbühne 123 fixiert ist, aber die Maskenbühne 123 in einer horizontalen Ebene beweglich ist. Demgemäß wird im Fall der Verwendung eines Musters S, das über einem Bereich liegt, der den Ablenkungsbereich (Strahlablenkbereich) des ersten und zweiten elektrostatischen Deflektors überschreitet, das Muster S durch Bewegung der Maskenbühne 123 innerhalb des Strahlablenkbereichs bewegt.
Dritte und vierte elektromagnetische Linsen 108 und 111, die jeweils über und unter der Bestrahlungsmaske 110 angeordnet sind, haben die Aufgabe, ein Bild des Elektronenstrahls EB auf einem Substrat W nach Konvergieren des Elektronenstrahls EB auf die Bestrahlungsmaske 110 durch Einstellen der hindurchfließenden Strombeträge weiter zu formen.
Der Elektronenstrahl EB, der durch die Bestrahlungsmaske 110 gelaufen ist, wird durch die Ablenkoperationen der dritten und vierten elektrostatischen Deflektoren 112 und 113 zu einer optischen Achse C zurückgekehrt. Danach wird die Größe des Elektronenstrahls EB durch eine fünfte elektromagnetische Linse 114 verkleinert.
In der Maskenablenkeinheit 140 sind erste und zweite Korrekturspulen 107 und 109 vorgesehen. Diese Korrekturspulen 107 und 109 korrigieren die in den ersten bis vierten elektrostatischen Deflektoren 104, 106, 112 und 113 erzeugten Fehler.
Danach läuft der Elektronenstrahl EB durch eine Blende 115a einer Abschirmplatte 115, die die Substratablenkeinheit 150 bildet, und wird durch erste und zweite elektromagnetische Linsen 116 und 121 auf das Substrat W projiziert. Dadurch wird ein Bild des Musters der Bestrahlungsmaske 110 mit einem bestimmten Verkleinerungsverhältnis, beispielsweise einem Verkleinerungsverhältnis von 1/10 auf das Substrat W übertragen.
In der Substratablenkeinheit 150 sind ein fünfter elektrostatischer Deflektor 119 und ein elektromagnetischer Deflektor 120 vorgesehen. Der Elektronenstrahl EB wird durch diese Deflektoren 119 und 120 abgelenkt. Auf diese Weise wird ein Bild des Musters der Bestrahlungsmaske auf eine bestimmte Position auf dem Substrat W projiziert.
Darüber hinaus sind in der Substratablenkeinheit 150 dritte und vierte Korrekturspulen 117 und 118 zum Korrigieren von Ablenkfehlern des Elektronenstrahls EB auf das Substrat W vorgesehen.
Das Substrat W wird auf einer Waferbühne 124 fixiert, die durch eine Antriebseinheit 125, wie etwa einen Motor, in horizontalen Richtungen beweglich ist. Die gesamte Oberfläche des Substrats W kann durch Bewegung der Waferbühne 124 Licht ausgesetzt werden.
Demgegenüber weist die Steuereinheit 200 eine Elektronenkanonensteuereinheit 202, eine Steuereinheit 203 für das elektrooptische System, eine Maskenablenksteuereinheit 204, eine Maskenbühnensteuereinheit 205, eine Ausblendsteuereinheit 206, eine Substratablenksteuereinheit 207 und eine Waferbühnensteuereinheit 208 auf. Von diesen führt die Elektronenkanonensteuereinheit 202 die Steuerung der Elektronenkanone 101 aus, um die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls EB, die Strahlemissionsbedingungen und dergleichen zu steuern. Darüber hinaus steuert die Steuereinheit 203 für das elektrooptische System die Beträge der Ströme, die in die elektromagnetischen Linsen 102, 105, 108, 111, 114, 116 und 121 fließen und stellt die Vergrößerung, den Brennpunkt und dergleichen des elektrooptischen Systems ein, das aus diesen elektromagnetischen Linsen aufgebaut ist. Die Ausblendsteuereinheit 206 lenkt den vor dem Beginn der Bestrahlung auf die Abschirmplatte 115 erzeugten Elektronenstrahl EB durch Steuern der an eine Ausblendelektrode 127 angelegte Spannung ab. Dadurch wird der Elektronenstrahl EB daran gehindert, vor der Bestrahlung af das Substrat W gestrahlt zu werden.
Die Substratablenksteuereinheit 207 steuert die an den fünften elektrostatischen Deflektor 119 angelegte Spannung und den Betrag eines in den elektromagnetischen Deflektor 120 fließenden Stroms, so dass der Elektronenstrahl EB auf eine bestimmte Position auf dem Substrat W abgelenkt würde. Die Waferbühnensteuereinheit 208 bewegt das Substrat W in horizontalen Richtungen durch Einstellen des Antriebsbetrags der Antriebseinheit 125, so dass der Elektronenstrahl EB auf eine gewünschte Position auf dem Substrat W gestrahlt würde. Die oben beschriebenen Einheiten 202 bis 208 werden gesamtheitlich durch ein Gesamtsteuersystem 201, wie etwa einen Arbeitsplatzrechner, gesteuert.
(Konfiguration der Elektronenkanone)
2 zeigt eine Konfigurationsansicht der Elektronenkanone 101. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Elektronenkanone 101 vom thermischen Feldemissionstyp verwendet. Die Elektronenkanone 101 weist folgendes auf eine Elektronenquelle 20, eine Extraktionselektrode 21, eine Beschleunigungselektrode 25, die unterhalb der Extraktionselektrode 21 vorgesehen ist, ein die Elektronenquelle erwärmendes Heizelement 22, das an beiden Seiten der Elektronenquelle 20 vorgesehen ist und das aus Kohlenstoff gefertigt ist, ein Halteelement 23, das die Elektronenquelle 20 und das die Elektronenquelle erwärmende Heizelement 22 hält, und eine Suppressorelektrode 24, die das Halteelement 23 hält und umgibt. Die Elektronenquelle verwendet beispielsweise Einkristall-LaB₆ oder -CeB₆.
Die Extraktionselektrode 21 ist eine Elektrode, die ein intensives elektrisches Feld an der Spitze der Elektronenquelle 20 bildet und an die eine Spannung angelegt wird, um zu veranlassen, dass Elektronen aus der Elektronenquelle 20 emittiert werden. Die Extraktionselektrode 21 ist in einer Position beispielsweise 2 mm oder weniger von der Elektronenemissionsfläche der Elektronenquelle vorgesehen.
Die Beschleunigungselektrode 25 ist eine Elektrode, an die eine Spannung zur Beschleunigung von aus der Elektronenquelle 20 emittierten Elektronen angelegt wird und die in einem Abstand von beispielsweise 20 mm von der Extraktionselektrode 21 vorgesehen ist.
Bei der Elektronenkanone 101, die die oben beschriebene Konfiguration aufweist, erwärmt die Elektronenkanonensteuereinheit 202 die Elektronenquelle 20 durch kontinuierliches Anlegen von Strömen zum Erwärmen der Elektronenquelle an das die Elektronenquelle erwärmende Heizelement 22 so, dass sie 1300°C beträgt. Dann wird in einem Zustand, in dem die Elektronenquelle 20 bei einer konstanten Temperatur gehalten wird, ein intensives elektrisches Feld zwischen der Suppressorelektrode 24 und der Extraktionselektrode 21 angelegt, so dass Elektronen aus der Elektronenquelle 20 extrahiert werden. Darüber hinaus wird an die Beschleunigungselektrode 25, die unterhalb der Extraktionselektrode 21 vorgesehen ist, eine Spannung angelegt, so dass ein Elektronenstrahl 29 mit einer bestimmten Energie extrahiert wird. Der Elektronenstrahl 29 wird auf das Substrat W emittiert, das auf der Waferbühne 124 befestigt ist und auf dem zur Ausführung der Elektronenstrahlbestrahlung ein Photolack aufgetragen ist.
Hier liegt die an die Suppressorelektrode 24 anzulegende Spannung im Bereich von –0,1 kV bis –0,5 kV und die an die Extraktionselektrode 21 anzulegende Spannung im Bereich von 2,0 kV bis 4,0 kV. Diese Spannungen sind Werte entsprechend den Potentialen der Elektronenquelle 20. Da der Wert der Elektronenquelle 20 in Bezug auf die echte Erdung normalerweise –50 kV beträgt, werden die Werte demgemäß solche sein, zu denen –50 kV hinzugefügt sind.
Man beachte, dass beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Anlegen eines intensiven elektrischen Feldes, während die Elektronenquelle 20 erwärmt wird, eine elektrische Entladung verursacht wird. Somit kann die Adsorption von Gasmolekülen auf einer Oberfläche der Elektronenquelle 20 verhindert werden und daher kann die Verminderung der Luminanz des Elektronenstrahls verhindert werden.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Elektroden kann zwischen der Extraktionselektrode 21 und der Beschleunigungselektrode 25 eine elektrostatische Linsenelektrode 26 vorgesehen sein. Die elektrostatische Linsenelektrode 26 ist eine Elektrode zum Einstellen eines Öffnungswinkels für die von der Elektronenquelle 20 emittierte Elektronenemission und es wird solch eine Spannung an die elektrostatische Linsenelektrode 26 angelegt, dass keine Elektronen auf die Beschleunigungselektrode 25 emittiert werden.
3 ist ein Graph, der ein Beispiel der Potentialverteilung zwischen der Elektrodenkonfiguration der Elektronenkanone zeigt. Die Querachse von 3 zeigt den Abstand von der Elektronenemissionsfläche der Elektronenquelle 20 und die vertikale Achse zeigt ein elektrisches Potential davon. Die Referenznummern X1 und X2 in 3 zeigen jeweils die Positionen der Extraktionselektrode 21 und der elektrostatischen Linsenelektrode 26. Zudem zeigt 3 einen Fall, bei dem das elektrische Potential der Beschleunigungselektrode 25 auf 0 [kV] festgesetzt ist und das elektrische Potential der Elektronenemissionsfläche der Elektronenquelle 20 auf –50 [kV] festgesetzt ist.
Wie es in 3 gezeigt ist, ist in der Position der elektrostatischen Linsenelektrode 26 eine Elektronenlinse mit einer Spannung, die geringfügig höher ist als eine Kathodenspannung an der Elektronenemissionsfläche, ausgebildet. Dadurch wird der Öffnungswinkel für die Elektronenemission kleiner. Auf diese Weise ist es möglich, dass Elektronen nicht auf die Beschleunigungselektrode 25 emittiert werden würden. Im Ergebnis wird keine Wärme infolge der Emission des Elektronenstrahls auf die Beschleunigungselektrode 25 erzeugt und demgemäß kann verhindert werden, dass der Grad an Vakuum innerhalb des Bestrahlungsgeräts verringert wird.
(Konfiguration der Extraktionselektrode)
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 4 die Konfiguration der Extraktionselektrode 21 beschrieben werden, die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Beim Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät ist es für die Verbesserung des Durchsatzes wichtig, die Luminanz des Elektronenstrahls zu erhöhen.
Um die Luminanz des Elektronenstrahls zu steigern, wird an eine Elektronenemissionsfläche 20a der Elektronenquelle 20 ein intensives elektrisches Feld angelegt. Durch Anlegen des intensiven elektrischen Feldes an eine Oberfläche eines leitfähigen Körpers wird eine Potentialbarriere, in der Elektronen innerhalb der Oberfläche eingedämmt werden, erniedrigt und auf diese Weise wird ein Tunnelphänomen von Elektronen verursacht. Dadurch können die Elektronen von der Oberfläche emittiert werden. Wenn die Intensität des negativen elektrischen Feldes in einer Umgebung der Elektronenemissionsfläche 20a erhöht werden kann, kann demgemäß eine große Zahl von Elektronen von der Elektronenemissionsfläche 20a emittiert werden.
Im Allgemeinen werden Elektronen von der Elektronenquelle unter Verwendung der Extraktionselektrode 21 emittiert. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben der Form der Extraktionselektrode 21 Aufmerksamkeit geschenkt, um die Intensität des elektrischen Feldes in der Umgebung der Elektronenemissionsfläche 20a zu erhöhen.
4 ist eine Querschnittansicht, die die Form der Extraktionselektrode 21 zeigt. Wie es in 4 gezeigt ist, weist die Extraktionselektrode 21 einen Öffnungsabschnitt 21a in deren Zentrum und eine sphärisch konkave Fläche 21b auf, die zur Elektronenquelle 20 weist und das Zentrum auf der optischen Achse aufweist. Beispielsweise beträgt der Durchmesser der Elektronenemissionsfläche 20a 50 μm und der Durchmesser des Öffnungsabschnitts 21a der Extraktionselektrode 21 beträgt 100 μm. Zusätzlich weist die sphärisch konkave Fläche 21b das Zentrum auf der optischen Achse auf und ist ein Teil einer sphärischen Fläche mit einem Radius von 200 μm. Ein Abstand zwischen der Elektronenemissionsfläche 20a und einer unteren Oberfläche der Extraktionselektrode 21 beträgt 200 μm.
Es wird im Folgenden beschrieben werden, dass die sphärisch konkave Fläche 21b auf der Extraktionselektrode 21 vorgesehen ist, so dass die Intensität des elektrischen Feldes in der Umgebung der Elektronenemissionsfläche 20a erhöht werden kann.
Die 5(a) und 5(b) zeigen Potentialverteilungen durch ein elektrisches Feld zwischen der Elektronenemissionsfläche 20a der Elektronenquelle 20 und der Extraktionselektrode 21. In den 5(a) und 5(b) zeigen unterbrochene Linien Äquipotentialflächen. 5(a) zeigt die Potentialverteilung, wenn die Form der Extraktionselektrode 21 planar ist, während 5(b) die Potentialverteilung zeigt, wenn die in 4 gezeigte Extraktionselektrode 21 verwendet wird. Wie es in 5(a) gezeigt ist, sind die Äquipotentialflächen, wenn die Form der Extraktionselektrode 21 planar ist, in der Umgebung der Extraktionselektrode 21 im Wesentlichen parallel zur Elektrode und die Äquipotentialflächen zwischen der Elektronenemissionsfläche 20a und die Äquipotentialflächen in der Umgebung der Extraktionselektrode 21 sind ebenfalls im Wesentlichen parallel. In 5(b) wird das elektrische Feld zum Zentrum der Sphäre der sphärisch konkaven Fläche 21b der Extraktionselektrode 21 hin angelegt. Auf diese Weise werden die Äquipotentialflächen sphärisch.
Auf diese Art und Weise wird die Form der Extraktionselektrode 21, die zur Elektronenemissionsfläche 20a der Elektronenquelle 20 weist, so festgelegt, dass sie eine sphärisch konkave Fläche ist, so dass Äquipotentialflächen dazwischen sphärisch gemacht werden können. Insbesondere wird die Elektronenemissionsfläche 20a so festgelegt, dass sie sphärisch ist, dass Elektronen scheinbar von einem Punkt emittiert werden. Durch Festlegen, dass Elektronen von einem Punkt emittiert werden, kann die Luminanz des Elektronenstrahls extrem erhöht werden.
6 ist ein Graph, der den Zusammenhang zwischen einem Abstand von der Elektronenemissionsfläche 20a und einer Intensität des elektrischen Feldes zeigt. Die unterbrochene Linie von 6 zeigt eine Intensität des elektrischen Feldes, wenn die Form der Extraktionselektrode 21 planar festgelegt ist, während die durchgezogene Linie von 6 eine Intensität des elektrischen Feldes zeigt, wenn die Form der Extraktionselektrode 21 so festgelegt ist, dass sie die in 4 gezeigte Form besitzt.
Wie es in 6 gezeigt ist, wird die Intensität des elektrischen Feldes, wenn die Form der Extraktionselektrode 21 planar festgelegt ist, proportional zum Abstand größer, sowie er näher an die Elektronenemissionsfläche 20a kommt. Im Gegensatz dazu zeigt die Intensität des elektrischen Feldes, wenn die in 4 gezeigte Form der Extraktionselektrode 21 verwendet wird, einen umgekehrt proportionalen Zusammenhang zum Abstand von der Elektronenemissionsfläche. Auf diese Art und Weise kann die Intensität des elektrischen Feldes in der Umgebung der Elektronenemissionsfläche 20a durch Bereitstellen der sphärisch konkaven Fläche 21b auf der Extraktionselektrode 21 extrem erhöht werden.
Man beachte, dass wenn die Elektronenemissionsfläche 20a planar festgelegt ist, anstelle sphärisch, nicht festgelegt werden kann, dass Elektronen von einem Punkt emittiert werden. Allerdings verhalten sich die Elektronen so, dass sie aus dem Kreis der geringsten Zerstreuung kommen. Demgemäß kann die Luminanz des Elektronenstrahls höher gemacht werden, als die im Fall, bei dem die planare Extraktionselektrode verwendet wird, während sie von der Größe des Kreises der geringsten Zerstreuung abhängt.
Wie es oben beschrieben wurde, kann die Intensität des elektrischen Feldes in der Umgebung der Elektronenemissionsfläche 20a, wenn die Extraktionselektrode des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet wird, größer gemacht werden als die einer herkömmlichen. Dadurch wird möglich gemacht, dass eine große Zahl von Elektronen von der Elektronenquelle 20 emittiert werden kann.
Demgemäß wird durch Festlegen der Fläche der Extraktionselektrode 21, die zur Elektronenquelle 20 weist, auf die sphärisch konkave Fläche 21b möglich gemacht, dass ein Wert der Intensität des elektrischen Feldes in der Umgebung der Elektronenemissionsfläche 20a größer gemacht wird als der einer herkömmlichen im Fall, bei dem eine Spannung gleich der einer herkömmlichen an die Extraktionselektrode 21 angelegt wird. Zudem kann ein Wert der Intensität des elektrischen Feldes in der Umgebung der Elektronenemissionsfläche 20a, auch wenn eine an die Extraktionselektrode 21 anzulegende Spannung kleiner eingestellt wird als die, die herkömmlicherweise angelegt wird, gleich oder größer als eine herkömmlicher Wert geschaffen werden. Beispielsweise wurden an die herkömmliche Extraktionselektrode 21 Spannungen von 3,0 kV bis 6,0 kV angelegt. Allerdings ist es nur nötig, Spannungen von 2,0 kV bis 4,0 kV an die Extraktionselektrode 21 des vorliegenden Ausführungsbeispiels anzulegen.
(Konfiguration der Elektronenquelle)
Als nächstes wird die Konfiguration der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Elektronenquelle 20 beschrieben werden.
7 ist eine Querschnittansicht, die Teile der Elektronenquelle 20 und Elektroden zeigt, aus denen die Elektronenkanone 101 aufgebaut ist.
Der Spitzenabschnitt der Elektronenquelle 20 weist eine konische Form auf und der Rand davon ist mit Kohlenstoff 30 bedeckt. Dieser Kohlenstoff 30 wird auf der Oberfläche der Elektronenquelle 20 beispielsweise durch ein Verfahren der chemischen Dampfabscheidung (CVD) ausgebildet. Das Material der Elektronenquelle 20 liegt am Spitzenabschnitt der Elektronenquelle 20 frei und der freiliegende Abschnitt ist planarisiert.
Die Spitze der Elektronenquelle 20 ist zwischen der Suppressorelektrode 24 und der Extraktionselektrode 21 angeordnet. An die Suppressorelektrode 24 wird eine Null- oder Minusspannung angelegt und besitzt die Funktion, von einem anderen Teil als der Spitze der Elektronenquelle 20 emittierte Elektronen abzuschirmen. Die Intensität des elektrischen Feldes wird durch eine Spannungsdifferenz zwischen der Extraktionselektrode 21 und der Suppressorelektrode 24, der Höhe und dem Winkel der Spitze der Elektronenquelle 20 und dem Durchmesser des planarisierten Abschnitts der Spitze bestimmt. Der planarisierte Spitzenabschnitt der Elektronenquelle 20 ist so angeordnet, dass er parallel zur Suppressorelektrode 24 und zur Extraktionselektrode 21 ist.
Die Elektronenquelle 20 weist eine konische Spitze auf und die Elektronen emittierende Elektronenemissionsfläche 20a ist planarisiert. Der Rand der konischen Elektronenquelle 20 ist mit einem anderen Material bedeckt als das, aus dem die Elektronenquelle 20 aufgebaut ist. Es ist zweckmäßig, dass der konische Abschnitt einen Konuswinkel von 50° oder weniger aufweist. Es ist auch zweckmäßig, dass die Elektronen emittierende Fläche einen Durchmesser von 10 μm bis 100 μm, im Allgemeinen 40 μm, aufweist. Zusätzlich ist es zweckmäßig, dass die Dicke des Materials, das den Rand der Elektronenquelle 20 bedeckt, 10 μm beträgt. Allerdings ist der Zweck der Abdeckung des Rands mit dem unterschiedlichen Material, (1) Elektronen daran zu hindern, von der Elektronenquelle 20 emittiert zu werden, und (2) die Sublimation und Verdampfung des Materials der Elektronenquelle 20 eines Substrats zu unterdrücken. Ein Wert der Dicke des Abdeckmaterials hängt von der Intensität des elektrischen Feldes und dem zu verwendenden Material ab. Wenn der Substanzverlust des Abdeckmaterials infolge der Verdampfung bei einer Betriebstemperatur klein ist, ist es besser, ein dünnes Abdeckmaterial zu haben, um die Intensität des elektrischen Feldes zu erhöhen.
Eine an die Elektronenquelle 20 anzulegende Temperatur wird so eingestellt, dass sie eine Temperatur kleiner als die der Sublimation des Materials ist, das die Elektronenquelle 20 aufbaut. Diese Temperatur beträgt beispielsweise 1100°C bis 1450°C. Der Grund ist, dass in einem Fall, bei dem eine hohe Temperatur angelegt wird, um zu veranlassen, dass die Elektronenquelle 20 Thermionen emittiert, die Elektronenquelle 20 sublimiert wird und die Elektronenemissionsfläche 20a verbraucht wird, was zu einer Verformung führt, und demgemäß wird die Temperatur auf ein Maß eingestellt, das keine Sublimation verursacht. Auch wenn die Temperatur erniedrigt wird, ist es nötig, eine Stromdichte und Luminanz zu erreichen, die erhalten werden, wenn die hohe Temperatur angelegt wird. Aus diesem Grund wird an den Spitzenabschnitt der Elektronenquelle 20 das intensive elektrische Feld angelegt, um Elektronen zu extrahieren. Beispielsweise kann, wenn in einem Fall, bei dem eine Temperatur von 1500°C um 200°C erniedrigt wird, ein Austrittspotential um 0,3 eV erniedrigt werden könnte, die Luminanz des Elektronenstrahls erhalten werden, die gleich der ist, die durch die Emission von Thermionen erhalten werden kann, ohne die Temperatur von 1500°C zu erniedrigen. Um Elektronen zu emittieren, auch wenn das Austrittspotential um 0,3 eV erniedrigt wird, wird ein hohes elektrisches Feld an die Elektronenquelle 20 angelegt.
In diesem Fall werden Elektronen nicht nur aus dem Spitzenbereich der Elektronenquelle 20 extrahiert, die ein Elektronen emittierender Abschnitt ist, sondern auch aus einem Seitenabschnitt der konisch geformten Elektronenquelle 20. Demgemäß kann in manchen Fällen nicht der gewünschte Betrag und die Form des Elektronenstrahls erhalten werden und die Luminanz des aus dem Zentralbereich zu erzeugenden Elektronenstrahls ist manchmal erniedrigt, weil durch überschüssige Elektronen vom Rand ein Raumladungseffekt erzeugt wird. Um dieses Phänomen zu verhindern, wird bei der Elektronenquelle 20 ein anderer als der Elektronen emittierende Abschnitt mit einem Material abgedeckt, das sich von dem unterscheidet, aus dem die Elektronenquelle 20 aufgebaut ist. Als dieses Material wird eine Substanz gewählt, die ein Austrittspotential aufweist, die kleiner ist als die des Materials, aus dem die Elektronenquelle 20 aufgebaut ist.
Man beachte, dass im Fall der Verwendung von LaB₆ bevorzugt Kohlenstoff (C), der nicht mit LaB₆ reagiert und der ein Austrittspotential besitzt, die größer ist als die von LaB₆, als Elektronenquelle 20 verwendet wird. Da dieser Kohlenstoff mit Sauerstoff reagiert, wird angenommen, dass Kohlenstoff infolge der Verdampfung als Kohlendioxid (CO₂) entweichen würde, wenn die Dicke des Kohlenstofffilms klein ist. Aus diesem Grund wird es bevorzugt, dass die Dicke des Kohlenstofffilms auf 2 μm bis 10 μm festgelegt wird. Im Fall der Verwendung von CeB₆, das ähnliche Eigenschaften zu denen von LaB₆ aufweist, ist das gleiche Kohlenstoffmaterial wirksam, um als Abdeckmaterial verwendet zu werden.
Die 8(a) und 8(b) sind Querschnittansichten, die die Elektronenquelle 20 mit unterschiedlichen Größen eines konischen Winkels am Spitzenabschnitt der Elektronenquelle 20 zeigen. Im Allgemeinen wird, da der Spitzenradius der konischen Elektronenquelle 20 kleiner ist und der Spitzenwinkel kleiner ist, ein elektrisches Feld intensiv am Spitzenabschnitt konzentriert, so dass Elektronen innerhalb der Elektronenquelle 20 veranlasst werden, infolge eines Tunnelphänomens leicht eine Austrittspotentialbarriere der Oberfläche zu passieren. Wenn der Spitzenabschnitt allerdings extrem schmal ist, wird die Intensität der Elektronenquelle 20 an sich schwacher. aus diesem Grund wird ein Winkel an der Spitze der Elektronenquelle 20 durch Berücksichtigen der Intensitäten der Elektronenquelle 20 und des elektrischen Feldes bestimmt.
8(a) zeigt den Fall, bei dem der konische Winkel am Spitzenabschnitt der Elektronenquelle 20 so festgelegt ist, dass er ungefähr 90° beträgt, während 8(b) den Fall zeigt, bei dem ein konischer Winkel am Spitzenabschnitt der Elektronenquelle 20 so festgelegt ist, dass er kleiner ist als der von 8(a). Üblicherweise wird, wie es in 8(a) gezeigt ist, der konische Winkel von ungefähr 90° am Spitzenabschnitt der Elektronenquelle 20 verwendet. Da der Spitzenwinkel so festgelegt ist, dass er kleiner ist, als es in 8(b) gezeigt ist, wird das elektrische Feld stärker intensiviert. Auf diese Weise können Elektronen leicht emittiert werden. Darüber hinaus wird es unwahrscheinlicher, dass feine Teilchen von Ionen oder dergleichen, die innerhalb eines Körperrohrs vorhanden sind, mit dem Spitzenabschnitt der Elektronenquelle kollidieren. Auf diese Weise wird es möglich gemacht, dass der Substanzverlust und die Verformungseffekte der Fläche der Elektronenquelle durch Ionen und dergleichen verringert werden.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Winkel des Spitzenabschnitts der Elektronenquelle 20 so festgelegt, dass er ungefähr 30° beträgt. Allerdings hängt es vom Material der Elektronenquelle 20 und den Größen, wie etwa die Länge und die Breite, der Elektronenquelle 20 ab, dass die Elektronenquelle 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels stabil für eine lange Zeitdauer verwendet werden kann, als die herkömmlicherweise verwendete.
(Verfahren zur Bildung eines Bereichs der eingeschränkten Elektronenemission auf der Oberfläche der Elektronenquelle)
Als nächstes wird eine Beschreibung gegeben werden für ein Verfahren zur Bildung eines Bereichs auf der Elektronenquelle 20, der die oben beschriebene Elektronenemission einschränkt.
Hier wird unter Verwendung der Elektronenquelle, die die in 8 gezeigte Konfiguration aufweist, als Beispiel ein Fall beschrieben werden, bei dem ein Einkristall von LaB₆ als Elektronenquelle 20 verwendet wird.
Zuerst wird einkristallines LaB₆ so bearbeitet, dass es eine konische Spitze aufweist.
Anschließend wird, um einen Bereich zu bilden, der die Elektronenemission einschränkt, Kohlenstoff auf der Oberfläche des einkristallinen LaB₆ aufgetragen. Diese Auftragung kann durch irgendein CVD-Verfahren, Vakuumabscheidungsverfahren, Sprühverfahren und dergleichen ausgeführt werden. In diesem Moment ist es lediglich erforderlich, eine Dicke aufzuweisen, dass das Austrittspotential der Elektronenemissionsfläche ausreichend geändert wird (das heißt, es größer als das von LaB₆ zu machen) und dass die Verdampfung des Materials von LaB₆ verhindert werden kann. Man beachte, dass wenn Kohlenstoff verwendet wird, es zweckmäßig ist, dass die Dicke von Kohlenstoff durch Berücksichtigung, dass Kohlenstoff mit Sauerstoff reagiert und dann als CO₂ verdampft, auf 2 μm bis 10 μm eingestellt wird.
Danach wird der Spitzenabschnitt der Elektronenquelle 20 zusammen mit dem aufgetragenen Film so poliert, dass sie eine planare Oberfläche mit einem Durchmesser von 1 μm bis 200 μm aufweist.
(Bestrahlungsverfahren)
Als nächstes wird ein Bestrahlungsverfahren des Bestrahlungsgeräts unter Verwendung der Elektronenkanone des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben werden.
Im Allgemeinen wird, um das Innere einer (nicht gezeigten) Elektronenkanonenkammer zu reinigen, in der die Elektronenkanone 101, die Suppressorelektrode 24, die Extraktionselektrode 21, die elektrostatische Linsenelektrode 26 und die Beschleunigungselektrode 25 untergebracht sind, am Beginn der Verwendung beim Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät eine Konditionierung ausgeführt. Bei der Konditionierung wird eine hohe Spannung, beispielsweise eine Spannung (80 kV), die ungefähr 1,6 mal höher ist als eine Spannung (50 kV), die normalerweise im Gebrauch angelegt wird, zwischen den Elektroden (der Elektronenquelle 20, der Suppressorelektrode 24, der Extraktionselektrode 21 und der elektrostatischen Linsenelektrode 26), aus denen die Elektronenkanone 101 aufgebaut ist, und der Beschleunigungselektrode 25 angelegt, so dass eine elektrische Entladung veranlasst wird. Dadurch werden Stäube im Innern der Elektronenkanonenkammer entfernt.
Wenn bei dieser Konditionierung das Bestrahlungsgerät die Konfiguration aufweist, bei der die Extraktionselektrode 21 und die elektrostatische Linsenelektrode 26 durch Weglassen dieser Elektroden nicht vorgesehen sind, und die Elektronenquelle 20 und die Beschleunigungselektrode 25 direkt aufeinander zu weisen, wird von der Elektronenquelle 20 eine elektrische Entladung veranlasst. Im Ergebnis besteht die Möglichkeit, dass die Elektronenquelle 20 geschmolzen oder beschädigt wird.
Um dies zu verhindern, wird beim Konditionieren die Extraktionselektrode 21 vorgesehen und das Potential dieser Extraktionselektrode 21 wird so eingestellt, dass es niedriger ist als das der Elektronenquelle 20. Dadurch werden keine Elektronen aus der Elektronenquelle 20 extrahiert.
Nachdem die Konditionierung für eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise eine bis mehrere zehn Stunden, beendet ist, wir die an die gesamte Elektronenquelle anzulegende Spannung zu dem Spannungswert zurückgeführt, der normalerweise verwendet wird, und das Potential der Extraktionselektrode 21 wird so eingestellt, dass es höher ist als das der Elektronenquelle 20. Dadurch wird der normale Gebrauchszustand eingestellt.
Auf diese Art und Weise wird bei der Konditionierung, während der eine hohe Spannung an die Elektroden angelegt wird, das Potential der Extraktionselektrode 21 so eingestellt, dass es niedriger ist als das der Elektronenquelle 20. Auf diese Weise kann die Extraktion der Elektronen aus der Elektronenquelle 20 unterdrückt werden und daher kann das Schmelzen der Elektronenquelle 20 verhindert werden.
Man beachte, dass beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Spitzenbereich der Elektronenkanone 101 planarisiert ist und die verschiedenen Substanzen, die die Elektronenemissionsfläche 20a und die Seite der Elektronenquelle 20 bedecken, so ausgebildet sind, dass sie sich auf der gleichen flachen Oberfläche befinden. Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel besitzt die an die Elektronenquelle 20 anzulegende Temperatur ein Ausmaß, dass das Material, aus dem die Elektronenquelle 20 aufgebaut ist, keine Sublimation verursacht. Aus diesem Grund wird durch Berücksichtigung, dass die Elektronenquelle 20 nicht verformt wird, auch wenn ein Elektronenstrahl emittiert wird, die oben beschriebene Konfiguration festgesetzt.
Allerdings kann die Temperatur, auch wen Wärme einer bestimmten Temperatur, die keine Sublimation verursacht, angewendet wird, die bestimmte Temperatur aus irgendwelchen Gründen überschreiten und folglich ist es möglich, dass der Substanzverlust des Elektronenquellenmaterials, das tatsächlich den erwarteten Bereich überschreitet, verursacht wird und dass die flache Oberfläche nicht instand gehalten werden kann, so dass das Zentrum mit der Zeit vertieft würde. Aus diesem Grund sind, durch Berücksichtigen auch eines solchen Falls, die Elektronenemissionsfläche 20a an der Spitze der Elektronenquelle 20 und die verschiedene Materialoberfläche an deren Rand nicht auf der gleichen flachen Oberfläche ausgebildet. Wie es in 9 gezeigt ist, ist es auch möglich, dass der Spitzenabschnitt, der die Elektronenemissionsfläche 20a enthält, so ausgebildet ist, dass sie von der verschiedenen Materialoberfläche hervorsteht.
Zudem wird die Seitenoberfläche der Elektronenquelle beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als der Bereich beschrieben, der die Elektronenemission einschränkt. Allerdings ist es auch möglich, dass Seitenflächen 61 und 61a einer Elektronenquelle 60, wobei die Seitenflächen andere sind als die Elektronenemissionsfläche 60a und ein Abschnitt, der zwischen Kohlenstoffchips 62 angeordnet ist, die durch Elektrifizieren erwärmt werden, und eine Rückenfläche 61b mit einem verschiedene Material bedeckt würden, wie es in 10 gezeigt ist. Damit kann die Sublimation der Elektronenquelle 60 verringert werden und der betrag der Anhaftungen an die Wehnelt-Kathode und dergleichen kann vermindert werden.
(Wirkungen)
Wie es oben beschrieben wurde, ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Abschnitt der Extraktionselektrode 21, die zur Elektronenemissionsfläche 20a weist, so festgelegt, dass sie eine sphärisch konkave Fläche ist. Dadurch kann die Potentialverteilung zwischen der Extraktionselektrode 21 und der Elektronenemissionsfläche 20a sphärisch gemacht werden und somit kann das Potential in der Umgebung der Elektronenemissionsfläche extrem groß gemacht werden. Demgemäß kann die Luminanz des Elektronenstrahls erhöht werden, auch wenn die Elektronenkanone vom thermionischen Typ bei einer niedrigen Temperatur betrieben wird.
Zudem liegt nur die Elektronenemissionsfläche 20a am Spitzenbereich des Chips der Elektronenquelle 20 frei und andere Seitenabschnitte sind mit einem verschiedenen Material bedeckt. Da die Elektronenkanone 101, die solch eine Elektronenquelle 20 aufweist, bei einer niedrigen Temperatur betrieben wird, wird die Sublimation des Chips kaum verursacht. Damit kann die Elektronenkanone 101 stabil für längere Zeitdauern verwendet werden, ohne die Elektronenemissionsfläche 20a der Elektronenquelle 20 zu verformen.
Darüber hinaus wird ein intensives elektrisches Feld angelegt, um das Potential in der Umgebung der Elektronenemissionsfläche 20a zu erhöhen, so dass die Elektronenkanone 101 bei einer Temperatur betrieben würde, dass die Sublimation des Chips nicht verursacht würde. Auch wenn solch ein intensives elektrisches Feld angelegt wird, werden keine Elektronen aus den Seitenflächen der Elektronenquelle 20 emittiert, weil die Seitenflächen der Elektronenquelle 20 mit dem Kohlenstoff 30 bedeckt sind. Dadurch wird die Form des Elektronenstrahls nicht verändert und auf diese Weise kann ein Phänomen verhindert werden, dass der Grad des Vakuums infolge eines unnötig auf eine hohe Temperatur erwärmten Abschnitts erniedrigt wird.
Darüber hinaus ist die freiliegende Fläche von LaB₆ tatsächlich nur der Zentralbereich der Elektronenkanone. Damit kann verhindert werden, dass LaB₆ infolge von Sublimation und Verdampfung von einem großen Flächenabschnitt, wie den Seitenwandabschnitten und der Rückenfläche, an der inneren Oberfläche einer Whenelt-Kathode haftet.
Wenn die Elektronenkanone 101 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann die Erzeugung der Sublimation der Elektronenquelle 20 unterdrückt werden und es kann verhindert werden, dass eine Substanz, wie etwa LaB₆ oder CeB₆, aus denen die Elektronenquelle 20 aufgebaut ist, auf der Rückseite des Gitters haftet. Wenn diese Substanzen auf der Rückseite des Gitters haften, werden diese Anhaftungen Whiskers, an denen sicht Elektronen ansammeln. Im Ergebnis können Mikroentladungen verursacht werden. In diesen Fällen wird ein Phänomen verursacht, dass der Betrag und die Strahlungsposition des Elektronenstrahls instabil werden, wenn das Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät verwendet wird. Demgemäß kann das Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät, wenn es sich in einem Zustand befindet, der Mikroentladungen verursacht, auch wenn die Verformung der Elektronenquelle 20 der Elektronenkanone 101 klein ist, nicht stabil betrieben werden.
Bei der herkömmlichen Elektronenkanone wurde in Betracht gezogen, dass eine Zeit, um solche Mikroentladungen zu verursachen, 100 bis 500 Stunden betrug. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Elektronenkanone 101 des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet wird, wie es oben beschrieben wurde, die Sublimation der Elektronenquelle 20 kaum verursacht. Somit wird ermöglicht, dass eine Zeit, um die Mikroentladungen zu verursachen, mehrfach hinausgezögert wird im Vergleich zu einer herkömmlichen. Der Grund ist der, dass die Sublimation der Elektronenquelle in einem Bereich der Hälfte, eines Drittels oder so bis zu einem Hundertstel verringert wird, weil die Elektronenquelle bei einer Temperatur um 50°C bis 200°C niedriger als die herkömmliche verwendet wird. Damit wird ermöglicht, dass die Zeit, um das Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät zu verwenden, verlängert wird.
Darüber hinaus wird durch Verwendung der Elektronenkanone 101 der vorliegenden Erfindung in einem Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät vom Mehrfachsäulentyp, bei dem eine Vielzahl von Elektronenkanonen 101 verwendet wird, um Licht auf eine Halbleiterscheibe zu strahlen, die Zeit, in der das Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät stabil verwendet werden kann, im Vergleich zu der der herkömmlichen Elektronenkanone beträchtlich verlängert. Wenn wie oben beschrieben die herkömmliche Elektronenkanone verwendet wird, werden nach einer Zeit von 100 bis 500 Arbeitsstunden die Mikroentladungen verursacht. Auf diese Weise wird jedes Mal, wenn es eine kurze Zeitdauer lang verwendet wird, eine Einstellung nötig. Aus diesem Grund muss, auch wenn eine Vielzahl von Elektronenkanonen verwendet wird, das ganze Gerät außer Betrieb gesetzt werden, wenn eine der Elektronenkanonen instabil wird. Auf diese Weise wird der Leistungsgrad verringert und demgemäß kann der Durchsatz nicht verbessert werden. Im Gegensatz dazu wird die Elektronenkanone des vorliegenden Ausführungsbeispiels im Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät vom Mehrfachsäulentyp verwendet, so dass der Leistungsgrad nicht verringert wird und der Durchsatz des Bestrahlungsprozesses wesentlich verbessert werden kann.
Zusammenfassung
Problem:
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, folgendes bereitzustellen: eine Elektronenkanone, bei der der Betrag der Sublimation infolge der Wärme einer Elektronenquelle, die Elektronen emittiert, verringert werden kann und die dauerhaft für lange zeit verwendet werden kann; ein Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät, das die Elektronenkanone verwendet; und ein Bestrahlungsverfahren.
Das Verfahren zur Lösung:
Eine Elektronenkanone, die eine Elektronenquelle aufweist, die Elektronen emittiert, enthält folgendes: eine Beschleunigungselektrode, die so angeordnet ist, dass sie zu einer Elektronenemissionsfläche der Elektronenquelle weist, und die die Elektronen beschleunigt; eine Extraktionselektrode, die zwischen der Elektronenemissionsfläche und der Beschleunigungselektrode angeordnet ist, die eine sphärisch konkave Fläche aufweist, die das Zentrum auf einer optischen Achse aufweist und zur Elektronenemissionsfläche weist und die ein Elektron aus der Elektronenemissionsfläche extrahiert; und eine Suppressorelektrode, die auf der Seite gegenüber der Extraktionselektrode in Bezug auf die Elektronenemissionsfläche angeordnet ist und die die Elektronenemission aus einer Seitenfläche der Elektronenquelle unterdrückt. Bei der Elektronenkanone wird ein elektrisches Feld an die Elektronenemissionsfläche angelegt, während die Elektronenquelle bei einer niedrigen Temperatur in solch einem Ausmaß gehalten wird, dass die Sublimation von Material der Elektronenquelle nicht verursacht würde, um die Elektronenquelle zu veranlassen, ein thermisches Feldemissionselektron zu emittieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 8-184699 [0005, 0009]

Claims

Elektronenkanone, umfassend: eine Elektronenquelle, die ein Elektron emittiert; eine Beschleunigungselektrode, die so angeordnet ist, dass sie zu einer Elektronenemissionsfläche der Elektronenquelle weist, und die das Elektron beschleunigt; eine Extraktionselektrode, die zwischen der Elektronenemissionsfläche und der Beschleunigungselektrode angeordnet ist, die eine sphärisch konkave Fläche aufweist, die das Zentrum auf einer optischen Achse aufweist und zur Elektronenemissionsfläche weist und die ein Elektron aus der Elektronenemissionsfläche extrahiert; und eine Suppressorelektrode, die auf der Seite gegenüber der Extraktionselektrode in Bezug auf die Elektronenemissionsfläche angeordnet ist und die die Elektronenemission aus einer Seitenfläche der Elektronenquelle unterdrückt, wobei an die Elektronenemissionsfläche ein elektrisches Feld angelegt wird, während die Elektronenquelle bei einer niedrigen Temperatur in solch einem Ausmaß gehalten wird, dass die Sublimation von Material der Elektronenquelle nicht verursacht würde, um die Elektronenquelle zu veranlassen, ein thermisches Feldemissionselektron zu emittieren.
Elektronenkanone nach Anspruch 1, wobei das Material der Elektronenquelle irgendeines von Lanthanhexaborid (LaB₆) und Cerhexaborid (CeB₆) ist.
Elektronenkanone nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Seitenfläche der Elektronenquelle anders als die Elektronenemissionsfläche am Spitzenabschnitt der Elektronenquelle mit einer Substanz mit einem großen Austrittspotential bedeckt ist, wobei sich die Substanz von einer Substanz unterscheidet, aus dem die Elektronenquelle aufgebaut ist.
Elektronenkanone nach Anspruch 3, wobei die unterschiedliche Substanz Kohlenstoff ist.
Elektronenkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Temperatur im Bereich von 1100°C bis 1450°C liegt.
Elektronenkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Extraktionselektrode in einem Abstand von 2 mm oder weniger von der Elektronenemissionsfläche angeordnet ist.
Elektronenkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwischen der Extraktionselektrode und der Beschleunigungselektrode eine elektrostatische Linsenelektrode vorgesehen ist.
Elektronenkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Elektronenemissionsfläche einen flachen Abschnitt mit einem Durchmesser im Bereich von 1 μm bis 200 μm aufweist.
Elektronenkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Spitzenabschnitt der Elektronenquelle im Wesentlichen konisch ist und einen Konuswinkel von 50° oder weniger aufweist.
Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät, das die Elektronenkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
Elektronenstrahl-Bestrahlungsverfahren unter Verwendung des Elektronenstrahl-Bestrahlungsgeräts nach Anspruch 10, das die folgenden Schritte in der folgenden Reihenfolge umfasst: Anlegen einer Spannung, so dass das Potential der Extraktionselektrode geringer sein würde als das Potential des Spitzenabschnitts der Elektronenquelle, und einer Spannung der Elektronenquelle, deren absoluter Wert größer ist als ein Spannungswert, der normalerweise für die ganze Elektronenquelle verwendet wird, eine bestimmte Zeit lang; Zurückführen der Spannung der Elektronenquelle auf einen Spannungswert, der normalerweise verwendet wird; und Anlegen einer Spannung so, dass das Potential der Extraktionselektrode höher sein würde als das Potential des Spitzenabschnitts der Elektronenquelle, um eine Bestrahlung auszuführen.