JP2000090866A - Electron gun, electron beam generating method by electron gun, and exposing device using electron gun - Google Patents

Electron gun, electron beam generating method by electron gun, and exposing device using electron gun

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JP2000090866A
JP2000090866A JP10263151A JP26315198A JP2000090866A JP 2000090866 A JP2000090866 A JP 2000090866A JP 10263151 A JP10263151 A JP 10263151A JP 26315198 A JP26315198 A JP 26315198A JP 2000090866 A JP2000090866 A JP 2000090866A
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Japan
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electron
magnetic pole
electron gun
electrode
magnetic field
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JP10263151A
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Japanese (ja)
Inventor
Masakazu Hayashi
正和 林
Hidetoshi Kinoshita
秀俊 木下
Koji Ando
厚司 安藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the fine adjustment of the current angular density of the electron beam passing through an aperture for use by applying a magnetic field to the electron beam on a beam axis generated by a negative electrode inside of a vacuum container, and accelerating the beam with a positive electrode so as to form a passage so as to generate an electric field to be converged by an electron lens. SOLUTION: A magnetic pole unit 14 applies the magnetic field to the electron beam generated by an emitter 3 inside of a vacuum container, and an anode electrode 7 accelerates the beam in a beam axis 2 direction so as to form a passage. An electron lens electrode 6 converges the accelerated electron beam onto the beam axis 2 by generating the electric field, and the electron beam is emitted from a blanking aperture 8. A permanent magnet 10 and an electromagnetic coil 11 of the magnetic pole unit 14 are arranged in a closed space formed by an outside magnetic pole 12, an inside magnetic pole 13 and non-magnetic material 15a, 15a, and a tip of the magnetic pole is connected to an extractor electrode 5 through an insulating material 16. With this structure, the electron gun 1 is mounted and remarkably accurate processing of the fine patterns is realized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、陰極から熱電子や
電界電子を放出する電子銃と、それを用いた半導体用の
微細パターンの露光装置(EB露光装置)や電子ビーム
描画装置等の電子ビーム応用の露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron gun for emitting thermoelectrons and electric field electrons from a cathode, and to an electron gun such as an electron beam lithography system or an electron beam lithography system using a semiconductor fine pattern exposure system (EB exposure system). The present invention relates to an exposure apparatus using a beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体の製造に用いられる微細パターン
露光装置では、微細パターンを得るために高輝度が要求
される。
2. Description of the Related Art In a fine pattern exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor, high luminance is required to obtain a fine pattern.

【0003】そのため、ウエハを高い電流密度で照射す
る必要があるが、電子レンズ電極の収差のために照射角
は小さいことが望ましい。
[0003] Therefore, it is necessary to irradiate the wafer with a high current density, but it is desirable that the irradiation angle be small due to the aberration of the electron lens electrode.

【0004】輝度は単位面積当たりの電子流密度(電流
角密度)であるが、この輝度の値は電子銃以後の電子光
学系のレンズによって大きくすることはできないので、
電子銃が高い輝度を持つことが重要である。電子銃の輝
度を低下させる大きな要因は電子銃内の電子レンズ電極
の収差である。
[0004] The brightness is the electron current density (current angular density) per unit area. However, since the value of this brightness cannot be increased by the lens of the electron optical system after the electron gun,
It is important that the electron gun has high brightness. A major factor that lowers the brightness of the electron gun is the aberration of the electron lens electrode in the electron gun.

【0005】電子レンズ電極の収差は、大別すると、
(イ)幾何収差(球面収差、軸非対称収差)、(ロ)回
折収差、(ハ)色収差である。これら収差のうち微細加
工になるに従って特に重要なのが色収差(色収差はエネ
ルギー幅に比例する)の低減である。
The aberration of the electron lens electrode can be roughly classified into
(A) geometric aberration (spherical aberration, axial asymmetric aberration), (b) diffraction aberration, and (c) chromatic aberration. Of these aberrations, reduction of chromatic aberration (chromatic aberration is proportional to the energy width) is particularly important as fine processing is performed.

【0006】色収差は、電子銃の陽極の加速電圧と電子
レンズ電極のレンズ電流に変動が生じると発生する。従
って、色収差を小さくするには、加速電圧電源と電子レ
ンズ電極励磁電流電源は、いずれも高い安定度をもつ必
要がある。
[0006] Chromatic aberration occurs when a change occurs in the acceleration voltage of the anode of the electron gun and the lens current of the electron lens electrode. Therefore, in order to reduce chromatic aberration, both the acceleration voltage power supply and the electron lens electrode excitation current power supply need to have high stability.

【0007】EB露光装置等に用いられる電子銃は、性
能からはFEG(電界放出型電子銃)/TFEG(熱電
界放出型電子銃)が従来のLaB6(六ほう化ランタ
ン)を用いた熱電子放射銃に比較してエネルギー幅が1
/5程度であるので好ましい性能を有している。
An electron gun used in an EB exposure apparatus or the like is a thermoelectron using a conventional LaB6 (lanthanum hexaboride) as a FEG (field emission electron gun) / TFEG (thermal field emission electron gun) in terms of performance. Energy width is 1 compared to a radiation gun
/ 5, which is preferable performance.

【0008】しかし、電界放出型電子銃および熱電界放
出型電子銃のエミッタ(陰極)の先端は非常に小さな針
状(半径1μm以下)に形成されており、電子は陰極か
ら放射状に出射し発散する。このため、大電流を得るた
めには大きな開き角の電子ビームを集めることが必要と
なり、電子銃の持つ電子レンズ電極系の球面収差のため
に電子ビーム径が広がり、輝度が低下してしまう。
However, the tip of the emitter (cathode) of the field emission type electron gun and the thermal field emission type electron gun is formed in a very small needle shape (radius of 1 μm or less), and the electrons radiate from the cathode and diverge. I do. For this reason, in order to obtain a large current, it is necessary to collect electron beams having a large aperture angle, and the electron beam diameter increases due to the spherical aberration of the electron lens electrode system of the electron gun, and the brightness decreases.

【0009】その対策として、磁界界浸電子銃が用いら
れることがある。磁界界浸電子銃は、エミッタ(電子放
出源)を含めた二極領域に磁界を重畳させ、ビームを収
束させ電子レンズ電極の収差の低減を図る方式である。
As a countermeasure, a magnetic field immersion electron gun is sometimes used. The magnetic field immersion electron gun is a system in which a magnetic field is superimposed on a bipolar region including an emitter (electron emission source) to converge a beam and reduce aberration of an electron lens electrode.

【0010】図5は特開平9−7538号公報に開示さ
れている電界放出型電子銃の構成をし示す構成図であ
る。電子銃31は、ビーム軸32に沿ってエミッタ3
3、サプレッサ電極34、イクストラクタ電極35、電
子レンズ電極36、アノード電極37が配置され、コイ
ル44によって発生した磁場を磁極によって導く。さら
にイクストラクタ電極35を磁極の先端に組込むことに
よつて、エミツタ33の先端に強磁場を印加する構造で
ある。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a field emission type electron gun disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-7538. The electron gun 31 moves the emitter 3 along the beam axis 32.
3. A suppressor electrode 34, an extractor electrode 35, an electron lens electrode 36, and an anode electrode 37 are arranged, and the magnetic field generated by the coil 44 is guided by the magnetic pole. Further, a strong magnetic field is applied to the tip of the emitter 33 by incorporating the extractor electrode 35 at the tip of the magnetic pole.

【0011】また、電子銃を、エミッタ、イクストラク
タ電極(第一アノード電極)、第二および第三アノード
電極から構成し、コイルによって発生した磁場を、イク
ストラクタ電極(第一アノード電極)から、第三アノー
ド電極部分に印加している技術(Improvment
of Beam Characteristicsb
y Superimposing a Magneti
c Fieldon a Field Emissio
n Gun 「Elctron Microsc.」
Vol.38,No.2,83−94,1989)も開
示されている。
Further, the electron gun comprises an emitter, an extractor electrode (first anode electrode), and second and third anode electrodes, and a magnetic field generated by the coil is transmitted from the extractor electrode (first anode electrode) to Technology applied to the third anode electrode part (Improvement
of Beam Characteristicsb
y Superimpossing a Magneti
c Fieldon a Field Emissio
n Gun "Electron Microsc."
Vol. 38, no. 2, 83-94, 1989).

【0012】しかし、この技術ではコイルと磁極は先の
電極とは別の構成になっていて、一体化は行われていな
い。そのため、磁極の位置は電子ビーム軸から数mm乃
至数十mm離れることになり、印加できる磁場は数十m
T(ミリテスラ)程度である。
However, in this technique, the coil and the magnetic pole have a different structure from the preceding electrode, and no integration is performed. Therefore, the position of the magnetic pole is away from the electron beam axis by several mm to several tens mm, and the magnetic field that can be applied is several tens m.
It is about T (millitesla).

【0013】また、特開平6−139976号公報に開
示されている技術では、エミッタ、サプレッサ電極、イ
クストラクタ電極、アノード電極から構成され、レンズ
の効果はコイルを用いたコンデンサレンズによって行っ
ている。この場合は、電子銃の鏡筒の一部を磁極と一体
化している。これは磁極をできるだけビーム軸に接近さ
せようとする工夫である。
In the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-139076, an emitter, a suppressor electrode, an extractor electrode, and an anode electrode are used, and the effect of the lens is achieved by a condenser lens using a coil. In this case, a part of the barrel of the electron gun is integrated with the magnetic pole. This is an attempt to make the magnetic pole as close to the beam axis as possible.

【0014】また、特開平6−162979号公報に開
示されている技術では、電子銃は、エミッタ、サプレッ
サ電極、イクストラクタ電極、電子レンズ電極、アノー
ド電極から構成され、コイルによって発生した磁場は、
イクストラクタ電極、電子レンズ電極、アノード電極部
に印加される。この時、コイルと磁極は、先の電極とは
別の構成になっており、鏡筒の外部におかれるため、上
述の場合と同様に、磁極位置は電子ビーム軸から数mm
乃至数十mm離れることになリ、印加できる磁場は数十
mT(ミリテスラ)程度である。なお、この場合、磁極
と電極の一体化は行われていない。
According to the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-162979, the electron gun is composed of an emitter, a suppressor electrode, an extractor electrode, an electron lens electrode, and an anode electrode.
It is applied to the extractor electrode, electron lens electrode, and anode electrode. At this time, since the coil and the magnetic pole have a different configuration from the previous electrode and are located outside the lens barrel, the magnetic pole position is several mm from the electron beam axis as in the case described above.
The magnetic field that can be applied is about several tens mT (millitesla). In this case, the magnetic pole and the electrode are not integrated.

【0015】また、出願人は先に特願平10−1649
58号として、磁極ユニットを永久磁石又は電磁コイル
のいずれかで構成したものを出願している。永久磁石を
用いたものについては、図6に磁極とエキストラクタを
一体化した場合の構成(イ)と、その構成に対応するビ
ーム軸上に生成されるポテンシャル分布Φと磁界分布B
(ロ)を示す。
The applicant has previously filed Japanese Patent Application No. 10-1649.
No. 58 has filed an application in which the magnetic pole unit is constituted by either a permanent magnet or an electromagnetic coil. FIG. 6 shows a configuration using a permanent magnet and a configuration in which a magnetic pole and an extractor are integrated, and a potential distribution Φ and a magnetic field distribution B generated on a beam axis corresponding to the configuration.
(B) is shown.

【0016】すなわち、電子銃41はビーム軸42に沿
って、例えば酸化ジルコニウム/タングステン(ZrO
/W)よりなるエミッタ43が配置され、その後方にサ
プレッサ電極44、前方にイクストラクタ電極45、電
子レンズ電極46、アノード電極47、ブランキングア
パーチャ48が順次配列され、また、永久磁石40を外
側磁極52内側磁極53との間に設けて磁極ユニット5
4を形成し、磁極ユニット54の磁極先端が、絶縁物5
6を介してイクストラクタ電極45に接続されている。
また、Bは永久磁石によって生成される磁界であり、Φ
は電子レンズ電極46の印加電圧Vl(曲線の始まリと
終わりは、それぞれエキストラクタ電圧とアノード電圧
によって決まる)によって、制御される曲線となってい
る。電子銃41においては、エミッタ43から放出され
た電子を、ブランキングアパチャ48に収束させて用い
るため、この収束の制御は、電子レンズ電極46の印加
電圧Vlによって行う構成になっている。つまり、電子
レンズ電極46のレンズ電圧Vlはブランキングアパチ
ャ48のビーム軸上の位置へ正確に収束させるための制
御であり、逆に言うと、電子レンズ電圧V1では、電子
のビーム軸42上の収束位置だけが制御できる構成にな
っている。
That is, the electron gun 41 moves along the beam axis 42, for example, zirconium oxide / tungsten (ZrO 2).
/ W), an suppressor electrode 44 is arranged behind the emitter 43, an extractor electrode 45, an electron lens electrode 46, an anode electrode 47, and a blanking aperture 48 are sequentially arranged in front of the emitter 43. The magnetic pole unit 5 is provided between the magnetic pole 52 and the inner magnetic pole 53.
4 and the pole tip of the pole unit 54 is an insulator 5
6 is connected to an extractor electrode 45.
B is a magnetic field generated by the permanent magnet, and Φ
Is a curve controlled by the applied voltage Vl of the electron lens electrode 46 (the start and end of the curve are determined by the extractor voltage and the anode voltage, respectively). In the electron gun 41, since the electrons emitted from the emitter 43 are converged on the blanking aperture 48 and used, the convergence is controlled by the voltage Vl applied to the electron lens electrode 46. That is, the lens voltage Vl of the electron lens electrode 46 is a control for accurately converging to a position on the beam axis of the blanking aperture 48. Conversely, when the electron lens voltage V1 is applied, the lens voltage Vl on the electron beam axis 42 Only the convergence position can be controlled.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述に
開示された技術の電子銃では、磁場はコイルによって生
成されているものが多い。しかも、そのときに真空室内
のエミツタ部分の電界電子放出現象は、10−9Tor
rオーダの高真空状態である必要がある。
However, in the electron gun of the technology disclosed above, the magnetic field is often generated by a coil. Moreover, at this time, the field electron emission phenomenon of the emitter portion in the vacuum chamber is 10-9 Torr.
It must be in a high vacuum state on the order of r.

【0018】しかしながら、コイルを構成するリード線
は、銅などの線材にポリイミドなどの高分子絶縁物をコ
ーテイングした線材を使用せざるを得ないため、それら
の材料を高真空中で用いるとガスを放出するのでコイル
を真空室の外に設置するのが一般的である。
However, for the lead wire constituting the coil, a wire material in which a polymer insulating material such as polyimide is coated on a wire material such as copper must be used. It is common to place the coil outside of the vacuum chamber for release.

【0019】なお、特開平9−7538号公報では、発
明の詳細な説明の欄での説明は省略されているがコイル
はガスケット部材によって封止されている図が描かれて
いる。また、その他の開示した例でも、コイルは全て真
空室の外の大気中に配置されている。
Incidentally, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-7538, a drawing is shown in which the coil is sealed by a gasket member although the description in the detailed description of the invention is omitted. Also, in the other disclosed examples, the coils are all placed in the atmosphere outside the vacuum chamber.

【0020】つまり、それらの結果としてエミッタ部分
を真空室内の高真空下に置き、コイルを真空室の外の大
気中もしくは低真空領域に設置することになるので、コ
イル磁場をエミッタに引き込む役割をする磁極は当然、
エミッタから離して設置するか、ビーム鏡筒の一部を磁
極と一体化するなどの工夫が必要となる。それによりあ
る程度の効果は期待できるものの、当然エミッタ、サプ
レッサ電極、イクストラクタ電極などの電極と磁極は、
ある程度距離を隔たざるを得ないことになる。そのた
め、強磁場を印加することが極めて困難になるという問
題点が存在する。
That is, as a result, the emitter portion is placed under a high vacuum in the vacuum chamber, and the coil is placed in the atmosphere or a low vacuum region outside the vacuum chamber. Of course,
It is necessary to devise such a method as to be installed away from the emitter or to integrate a part of the beam barrel with the magnetic pole. Although some effect can be expected by this, electrodes and magnetic poles such as emitter, suppressor electrode, extractor electrode, of course,
You have to keep a certain distance. Therefore, there is a problem that it is extremely difficult to apply a strong magnetic field.

【0021】また、第2の課題について説明すると、電
子銃によっては磁場を永久磁石によって印加される技術
も存在するが、それらは、イクストラクタ電極と磁極を
一体化し、磁極の先端を電子ビーム軸に近付けることに
よつて、数百mTの強磁場をエミッタ先端に印加する構
成である。
To explain the second problem, there is a technique in which a magnetic field is applied by a permanent magnet depending on the type of the electron gun. However, these techniques integrate an extractor electrode and a magnetic pole and connect the tip of the magnetic pole to the electron beam axis. , A strong magnetic field of several hundred mT is applied to the tip of the emitter.

【0022】そのように、イクストラクタ電極に磁場を
加える方式は、電子が強い発散を受けるエミッタ、イク
ストラクタ電極近傍では、その発散効果を弱め、ビーム
の収束性を向上させる効果があり、結果的にはイメージ
面(像面)で定義する球面収差係数が小さくできる。し
かし、この場合には印加した磁場の領域が狭く(軸上の
長さが狭く)なる。
As described above, the method of applying a magnetic field to the extractor electrode has an effect of weakening the divergence effect near the emitter and the extractor electrode where electrons are strongly divergent and improving the convergence of the beam. Can reduce the spherical aberration coefficient defined by the image plane (image plane). However, in this case, the region of the applied magnetic field is narrow (the length on the axis is narrow).

【0023】従って、十分な収束性を得られず、ビーム
がビーム軸上のイクストラクタ電極近傍で発散から収束
に転化する位置を変えることはできないという課題が存
在する。
Therefore, there is a problem that sufficient convergence cannot be obtained, and the position where the beam is converted from divergence to convergence near the extractor electrode on the beam axis cannot be changed.

【0024】また、磁極ユニットを永久磁石のみで構成
したものは、通常の精度で用いる場合は良好であるが、
例えば、電子銃を露光装置に搭載して使用する場合で、
特に高精度の調整が要求される場合、つまり、高精度に
電流角密度(露光を行う電子コラムで、露光に用いるこ
とのできる電流量を決める量)、を調整・制御して露光
時にレジスト感度に最適な電子を注入することがある
が、磁極ユニットが永久磁石のみを用いて形成されてい
ると、電流角密度の微調整が困難で、その結果、露光時
の注入電子の最適化が電子銃単体だけでは行ない難いと
いう問題点が存在している。
A magnetic pole unit composed of only permanent magnets is good when used with normal accuracy.
For example, when using an electron gun mounted on an exposure device,
Particularly when high-precision adjustment is required, that is, the current angular density (the amount that determines the amount of current that can be used for exposure in an electron column for exposure) is adjusted and controlled with high accuracy, and the resist sensitivity during exposure is adjusted. When the magnetic pole unit is formed using only permanent magnets, it is difficult to finely adjust the current angular density, and as a result, optimization of injected electrons during exposure is difficult. There is a problem that it is difficult to perform with a single gun alone.

【0025】また、磁極ユニットを電磁コイルのみで構
成したものは、電磁コイルのターン数が大きくなり、磁
極ユニットの小型化が要求される場合には難点がある。
Further, the magnetic pole unit composed of only the electromagnetic coil has a drawback in that the number of turns of the electromagnetic coil becomes large, and the miniaturization of the magnetic pole unit is required.

【0026】本発明はこれらの事情に基づいてなされた
もので、アパーチャアを通過して使用できる電子ビーム
の電流角密度の微調整ができるようにした電子銃とそれ
を用いた露光装置を提供すること目的としている。
The present invention has been made based on these circumstances, and provides an electron gun capable of finely adjusting the current angular density of an electron beam that can be used after passing through an aperture, and an exposure apparatus using the same. The purpose is to

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明による手
段によれば、真空容器と、この真空容器内に配置され電
子ビームを発生する陰極と、この陰極で発生した電子ビ
ームに磁場を印加する磁極ユニットと、前記陰極で発生
した電子ビームをビーム軸方向に加速して電子ビームの
通路を形成する陽極と、この陽極と前記陰極との間に配
置されて前記陽極で加速された電子ビームを前記ビーム
軸上に収束させる電界を発生する電子レンズとを有する
電子銃において、前記磁極ユニットは、閉空間の中に永
久磁石と電磁コイルとを配置した構造を有することを特
徴とする電子銃である。
According to the first aspect of the present invention, a vacuum vessel, a cathode disposed in the vacuum vessel for generating an electron beam, and a magnetic field applied to the electron beam generated by the cathode are provided. A magnetic pole unit, an anode for accelerating an electron beam generated at the cathode in a beam axis direction to form an electron beam path, and an electron beam disposed between the anode and the cathode and accelerated by the anode. Wherein the magnetic pole unit has a structure in which a permanent magnet and an electromagnetic coil are arranged in a closed space. It is.

【0028】また請求項2の発明による手段によれば、
前記磁極ユニットの前記永久磁石は、表面処理が施され
ていることを特徴とする請求項1記載の電子銃である。
According to the second aspect of the present invention,
2. The electron gun according to claim 1, wherein the permanent magnet of the magnetic pole unit has been subjected to a surface treatment.

【0029】また請求項3の発明による手段によれば、
前記磁極ユニットの前記電磁コイルは、表面処理が施さ
れていることを特徴とする請求項1記載の電子銃であ
る。
According to the third aspect of the present invention,
2. The electron gun according to claim 1, wherein the electromagnetic coil of the magnetic pole unit has been subjected to a surface treatment.

【0030】また請求項4の発明による手段によれば、
前記磁極ユニットは、少なくとも一つの前記電極を一体
化したことを特徴としたこと特徴とする請求項1記載の
電子銃である。
Further, according to the means of the present invention,
2. The electron gun according to claim 1, wherein the magnetic pole unit is formed by integrating at least one of the electrodes.

【0031】また請求項5の発明による手段によれば、
請求項1から4のいずれかに記載の電子銃を搭載したこ
とを特徴とする露光装置である。
According to the invention of claim 5,
An exposure apparatus comprising the electron gun according to any one of claims 1 to 4.

【0032】また請求項6の発明による手段によれば、
真空容器内に配置された陰極で電子ビームを発生させ、
この陰極で発生した電子ビームに磁極ユニットから磁場
を印加して電子レンズがビーム軸上に収束させる電界を
調整する電子銃による電子ビーム発生方法において、前
記磁極ユニットによる磁場の印加は、磁極ユニットに設
けられた永久磁石と電磁コイルとから発生した磁場によ
るものであることを特徴とする電子銃による電子ビーム
発生方法である。
According to the means of the invention of claim 6,
The electron beam is generated by the cathode arranged in the vacuum vessel,
In the electron beam generating method using an electron gun for applying an electric field to the electron beam generated by the cathode from a magnetic pole unit to adjust an electric field converged on an electron beam by an electron lens, the application of the magnetic field by the magnetic pole unit is applied to the magnetic pole unit. An electron beam generation method using an electron gun, which is based on a magnetic field generated from a permanent magnet and an electromagnetic coil provided.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明の電子銃の一実施の
形態を図面を参照して説明する。図1に電子銃の構成を
示している。すなわち、図1に示すように、電子銃1は
ビーム軸2に沿って、例えば酸化ジルコニウム/タング
ステン(ZrO/W)よりなるエミッタ3が配置され、
その前方にサプレッサ電極4、イクストラクタ電極5、
電子レンズ電極6、アノード電極7、ブランキングアパ
ーチャ8が順次配列され、また、永久磁石10と電磁コ
イル11を内在させ外側磁極12、内側磁極13と非磁
性物15a、15bによつて閉空間を構成している磁極
ユニット14の磁極先端が、絶縁物16を介してイクス
トラクタ電極5に接続されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the electron gun of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of the electron gun. That is, as shown in FIG. 1, an electron gun 1 has an emitter 3 made of, for example, zirconium oxide / tungsten (ZrO / W) arranged along a beam axis 2,
A suppressor electrode 4, an extractor electrode 5,
An electron lens electrode 6, an anode electrode 7, and a blanking aperture 8 are sequentially arranged, and a closed space is defined by an outer magnetic pole 12, an inner magnetic pole 13, and non-magnetic substances 15a and 15b with a permanent magnet 10 and an electromagnetic coil 11 provided inside. The tip of the magnetic pole of the magnetic pole unit 14 is connected to the extractor electrode 5 via an insulator 16.

【0034】磁極ユニット14の構造をさらに詳述する
と、内側磁極13の磁極両端に設けられた非磁性物15
a、15bは非磁性のセラミック(もしくは銅やアル
ミ、もしくはコバールガラスなど)の部材で形成され磁
極両端にロー付け接合されている。さらに、非磁性物1
5a、15bと外側磁極12の接合面には双方ともメタ
ル製などのシール16a、16b(ガスケット)が設け
られ、外側磁極12と内側磁極13との間で構成される
閉空間を密閉封止している。なお、閉空間内に配置され
た電磁コイル11は図示しいないフィードスルー(真空
密閉処理が施されたコネクター)を介して、磁極ユニッ
ト14の外側より電流を流す構造に形成されている。
The structure of the magnetic pole unit 14 will be described in more detail. The nonmagnetic material 15 provided at both ends of the inner magnetic pole 13 is provided.
Reference numerals a and 15b are formed of a non-magnetic ceramic (or copper, aluminum, or Kovar glass) member, and are brazed to both ends of the magnetic pole. Furthermore, non-magnetic material 1
Seals 16a, 16b (gaskets) made of metal or the like are both provided on the joint surfaces of 5a, 15b and the outer magnetic pole 12, and hermetically seal a closed space formed between the outer magnetic pole 12 and the inner magnetic pole 13. ing. The electromagnetic coil 11 disposed in the closed space has a structure in which a current flows from the outside of the magnetic pole unit 14 via a feed-through (a connector subjected to vacuum sealing) not shown.

【0035】これら全ての各電極や磁性ユニット14は
図示していない鏡筒内部に配置され、イオンポンプなど
の真空ポンプによって高真空に維持され高真空環境にお
かれている。
All of these electrodes and the magnetic unit 14 are disposed inside a lens barrel (not shown), and are maintained in a high vacuum by a vacuum pump such as an ion pump and are placed in a high vacuum environment.

【0036】また、エミッタ3、サプレッサ電極4、イ
クストラクタ電極5、電子レンズ電極6、アノード電極
7は図示しないリード線によってそれぞれ高電圧が印加
されている。それらの印加電圧は、例えば、サプレッサ
電極4にはエミッタ基準で−500V、イクストラクタ
電極5には1〜5KV、アノード電極7には1〜30K
V、電子レンズ電極6には1〜30KV等の電圧が印可
され、電子レンズ電極6の電圧(V)はアノード電極7
の前方に存在する小さな孔を設けた金属板やシリコンで
構成されたブランキングアパーチャ8の中心にクロスオ
ーバ(収束点)を結ぶように調整された電圧が印加され
る。
A high voltage is applied to each of the emitter 3, the suppressor electrode 4, the extractor electrode 5, the electron lens electrode 6, and the anode electrode 7 by lead wires (not shown). The applied voltage is, for example, -500 V with respect to the emitter for the suppressor electrode 4, 1 to 5 KV for the extractor electrode 5, and 1 to 30 K for the anode electrode 7.
V, a voltage such as 1 to 30 KV is applied to the electron lens electrode 6, and the voltage (V) of the electron lens electrode 6 is
A voltage adjusted so as to connect a crossover (convergence point) is applied to the center of a blanking aperture 8 made of a metal plate or silicon having a small hole existing in front thereof.

【0037】また、外側磁極12と内側磁極13とは純
鉄などの透磁率の高い材料で形成されており、永久磁石
10はサマリュウムコバルト等で作られ、メッキ処理に
よる表面処理が施されている。
The outer magnetic pole 12 and the inner magnetic pole 13 are made of a material having a high magnetic permeability such as pure iron. The permanent magnet 10 is made of samarium cobalt or the like, and is subjected to a surface treatment by plating. I have.

【0038】すなわち、通常、サマリュムコバルトなど
永久磁石10は焼結金属であるため、ガスを内部に保持
している。そのため、真空中では使用すると内部のガス
が放出され高真空が得られない。そこで、ここでは内部
ガスの放出を防止するために永久磁石10の表面を、銅
やニッケルなどでメッキ処理した部材を使用している。
That is, usually, since the permanent magnet 10 such as samarium cobalt is a sintered metal, the permanent magnet 10 holds gas inside. Therefore, when used in a vacuum, the internal gas is released and a high vacuum cannot be obtained. Therefore, a member in which the surface of the permanent magnet 10 is plated with copper, nickel, or the like is used here to prevent the release of the internal gas.

【0039】なお、永久磁石10はサマリュムコバルト
系の磁石を用いたが、磁石としてはこれに限らずセリュ
ムコバルト系、ネオジューム鉄ボロン系、フェライトア
ルニコ系、プラスチックマグネット系、鉄クロムコバル
ト系、等を種類を問わず使用できる。
The permanent magnet 10 is a samarium-cobalt magnet. However, the magnet is not limited to this, and may be a cerium-cobalt-based magnet, a neodymium iron-boron-based magnet, a ferrite-alnico-based magnet, a plastic magnet-based magnet, or an iron-chromium-cobalt-based magnet. , Etc. can be used regardless of the type.

【0040】また、永久磁石10は、銅ニッケルなどの
金属によるめっき処理したものを用いたが、これに限ら
ず一般金属もしくはその合金を用いた処理、および一般
金属もしくはその合金の多層膜による処理、またはめっ
き処理に限らず種々のコーティング処理、またはガラス
などの非金属によるコーテイング処理、そのほか通常の
ステンレスやその他の金属や非金属を用いた薄板で作ら
れた容器による封止処理等によるガスを放出しないため
の処理であればそれを適時用いることができる。また、
気密封止部の封止が高精度であれば、通常の永久磁石で
ガス放出のあるものも使用できる。
The permanent magnet 10 is plated with a metal such as copper nickel. However, the present invention is not limited to this. For example, a treatment using a general metal or an alloy thereof, and a treatment using a multilayer film of a general metal or an alloy thereof. Not only plating, but also various coating treatments, or coating treatment with non-metals such as glass, and other gases such as sealing treatment with containers made of thin plates using stainless steel or other metals or non-metals, etc. Any treatment that does not release can be used as appropriate. Also,
If the sealing of the hermetic sealing portion is performed with high precision, a normal permanent magnet that emits gas can be used.

【0041】一方、電磁コイル11は、例えばポリイミ
ドで被覆した導線(直径0.2mm)が多数回(例えば
500ターン)マグネットに捲回されて形成されてい
る。この場合、電磁コイル11には適当な絶縁部材によ
って絶縁封止を行うか、または、線材の線束を固る処理
等を施す。また、ポリイミド被覆の導線の限らず、比較
的ガス放出の少ない絶縁材料の被覆によるアルミやその
他の導電材料の線であれば用いることができる。
On the other hand, the electromagnetic coil 11 is formed by winding a conductor (diameter: 0.2 mm) coated with, for example, a polyimide a number of times (for example, 500 turns) around a magnet. In this case, the electromagnetic coil 11 is insulated and sealed with a suitable insulating member, or is subjected to a process of hardening a wire bundle of the wire. The conductor is not limited to a polyimide-coated conductor, but may be any wire made of aluminum or another conductive material coated with an insulating material that emits relatively little gas.

【0042】なお、図1において指定してない間隙部分
は銅などの非磁性体で充填した構造となっている。
The gap not specified in FIG. 1 has a structure filled with a non-magnetic material such as copper.

【0043】また、図2(a)(b)(c)は、上述の
実施の形態の変形例である。いずれも、磁性ユニット1
4の部分のみが異なり、他の部分は上述の実施の形態と
同様であるので、同様部分についての説明は省略する。
FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c) are modifications of the above embodiment. In each case, the magnetic unit 1
Only the portion 4 is different, and the other portions are the same as those in the above-described embodiment. Therefore, the description of the same portion is omitted.

【0044】図2(a)の磁性ユニット14aでは、永
久磁石10aは上述の実施の形態と同様の配置である
が、電磁コイル11aの体積を内側電極13aに沿って
大幅に増加させている。従って、この場合は3箇所のシ
ール16a、16b、16cを設けている。
In the magnetic unit 14a shown in FIG. 2A, the permanent magnet 10a has the same arrangement as in the above embodiment, but the volume of the electromagnetic coil 11a is greatly increased along the inner electrode 13a. Therefore, in this case, three seals 16a, 16b and 16c are provided.

【0045】図2(b)の磁性ユニット14bでは、上
述の実施の形態とは永久磁石10bと電磁コイル11b
の配置を逆にして配置している。この場合は、永久磁石
が10bが密閉壁の一部を兼ねるので、シール16bは
1箇所設ければよい。
In the magnetic unit 14b shown in FIG. 2B, the permanent magnet 10b and the electromagnetic coil 11b
Are arranged in reverse. In this case, since the permanent magnet 10b also serves as a part of the sealing wall, only one seal 16b may be provided.

【0046】図2(c)の磁性ユニット14cでは、永
久磁石10cを挟んで2つの電磁コイル11c、11d
に分割して設けている。
In the magnetic unit 14c shown in FIG. 2 (c), two electromagnetic coils 11c and 11d sandwich the permanent magnet 10c.
Are provided separately.

【0047】次にこれらの構成による磁場の印加方式に
ついて説明する。
Next, a method of applying a magnetic field according to these configurations will be described.

【0048】図3は、その構成に対応する、ビーム軸上
の生成されるポテンシャル分布Φと磁界分布Bを示す。
FIG. 3 shows a generated potential distribution Φ and a magnetic field distribution B on the beam axis corresponding to the configuration.

【0049】すなわち、磁場を印加する手段としては、
銅やニッケルなどのめっきを行ったサマリュムコバルト
による永久磁石10と電磁コイル11を用いている。
That is, as means for applying a magnetic field,
A permanent magnet 10 and an electromagnetic coil 11 made of samarium cobalt plated with copper or nickel are used.

【0050】図3(イ)、(ロ)において、横軸はZ軸
の位置で、縦軸は磁界の強さで任意単位である。図3
(イ)のBp は永久磁石10の磁界の強さを示すもの
で、永久磁石10であるため負の磁界(反転磁界)が存
在する点に特徴がある。一方、図3(イ)の±Bc は電
磁コイル11の磁界を示すものである。電磁コイル11
によって発生した磁界は全て正または負の一方向のみの
特性を有している。(コイルに流す電流の向きによっ
て、磁界の正負が決まる)。従って、両磁界の強さを合
算したものは、図3(イ)に示すように永久磁石10に
よるビーム軸上の磁界Bpにコイルの磁界±Bcが加算
されるものになる。
In FIGS. 3A and 3B, the horizontal axis is the position of the Z axis, and the vertical axis is the intensity of the magnetic field in arbitrary units. FIG.
Bp in (a) indicates the strength of the magnetic field of the permanent magnet 10, and is characterized in that a negative magnetic field (reversal magnetic field) exists because the permanent magnet 10 is used. On the other hand, ± Bc in FIG. 3A indicates the magnetic field of the electromagnetic coil 11. Electromagnetic coil 11
All the magnetic fields generated by these have characteristics in only one positive or negative direction. (The polarity of the magnetic field is determined by the direction of the current flowing through the coil.) Accordingly, the sum of the strengths of the two magnetic fields is such that the magnetic field ± Bc of the coil is added to the magnetic field Bp on the beam axis by the permanent magnet 10 as shown in FIG.

【0051】図3(ロ)は、図3(イ)の磁界を印加し
て、かつレンズ電極に最適な電圧を印加し、ビームをブ
ランキングアパチャアへ丁度収束させた場合の、ビーム
軌跡を示した図である(横軸はZ軸の位置で、縦軸はビ
ームの軸からの距離を任意単位で示してある)。
FIG. 3B shows the beam trajectory when the magnetic field shown in FIG. 3A is applied and the optimum voltage is applied to the lens electrode to converge the beam to the blanking aperture. FIG. 5 is a diagram (the horizontal axis indicates the position of the Z axis, and the vertical axis indicates the distance from the axis of the beam in arbitrary units).

【0052】ここで、図3(ロ)のグラフでビーム軌跡
Nは、この電子銃に用いた永久磁石を無着磁(磁界ゼロ
もしくは永久磁石を取リ除いた場合)の時の、エミッタ
を放出したビームの軌跡である。この際は、永久磁石1
0に併設した電磁コイル11の電流もゼロアンペアもし
くはコイル磁界がゼロである。次に着磁した永久磁石1
0を用いた場合(軸上の磁界は図3(イ)のBpであ
る)のビーム軌跡は、図3(ロ)のMとなる。この場合
のビーム軌跡Mのコイル電流はゼロアンペアである。
Here, in the graph of FIG. 3B, the beam locus N indicates the emitter when the permanent magnet used in this electron gun is not magnetized (when the magnetic field is zero or the permanent magnet is removed). It is the trajectory of the emitted beam. In this case, the permanent magnet 1
The current of the electromagnetic coil 11 attached to 0 is also zero amperes or the coil magnetic field is zero. Next, the magnetized permanent magnet 1
When 0 is used (the magnetic field on the axis is Bp in FIG. 3A), the beam trajectory becomes M in FIG. In this case, the coil current of the beam locus M is zero amperes.

【0053】ここで、磁界が存在しない場合のビーム軌
跡Nと、磁界が存在する場合の軌跡Mを比較する。それ
ぞれの軌跡において、ビーム軌跡N、MがZ軸からもっ
とも離れる位置のZ軸上の座標を、Zc、Zmとする
と、このビーム軌跡の特徴は、Nの位置Zcよりも、M
ではエミッタよりの位置Zmでビームが発散から収束に
向かっていることである。これによつて、ビーム軌跡M
はビーム軌跡Nよリも小さい収束角β(<α)でブラン
ギングアパチャ8(位置Zba)に収束することにな
る。したがって、この磁石の磁界の効果は、球面収差係
数の変化に加えて、角電流密度J=I /(πβ2)の増
加として捕らえることができる。その結果、特に角電流
密度Jは収束角に対して二乗の関係にあるため、収束角
の縮小化は角電流密度の大きくなる効果として得られる
ことになる。
Here, the beam locus N in the absence of a magnetic field and the locus M in the presence of a magnetic field are compared. In each of the trajectories, if the coordinates on the Z-axis where the beam trajectories N and M are farthest from the Z-axis are Zc and Zm, the characteristic of the beam trajectory is M
This means that the beam goes from divergence to convergence at the position Zm from the emitter. Thereby, the beam locus M
Converges on the blanking aperture 8 (position Zba) at a convergence angle β (<α) smaller than the beam locus N. Therefore, the effect of the magnetic field of the magnet can be understood as an increase in the angular current density J = I / (πβ2) in addition to the change in the spherical aberration coefficient. As a result, particularly, since the angular current density J has a square relationship with the convergence angle, the reduction of the convergence angle is obtained as an effect of increasing the angular current density.

【0054】次に、電磁コイル11に、例えば500タ
ーンの巻線に対して、0.2Aの電流を流すと、全電流
は100AT(100アンペア・ターン)になる。この
励磁によつて、磁極を通して軸上に発生する磁界Bc
は、ピーク値が数mT(ミリテスラ)の全領域で正の磁
界になる。また、この励磁電流の方向を反転すれば、こ
の磁界は発生する磁界は、−Bcになる(全領域で負の
磁界)。また、この磁界は電流量に比例した磁界であ
り、全く比例的に軸上の全領域で制御できる。
Next, when a current of 0.2 A is passed through the electromagnetic coil 11 to, for example, a winding of 500 turns, the total current becomes 100 AT (100 amp turns). By this excitation, a magnetic field Bc generated on the axis through the magnetic poles
Becomes a positive magnetic field in the entire region where the peak value is several mT (millitesla). If the direction of the exciting current is reversed, the generated magnetic field becomes -Bc (a negative magnetic field in the entire region). Further, this magnetic field is a magnetic field proportional to the amount of current, and can be controlled in all proportions on the axis in a completely proportional manner.

【0055】また、この磁界Bcは図3(ロ)の磁界B
pに必ず加算され、かつ、このBcは永久磁石10の発
生する磁界Bpのおおむね1/k(1/10〜1/10
0)に相当する。さらに、この追加加算磁界は、図3
(ロ)の電子ビームのビーム軌跡Mを変化させるため、
ビームの収束角βは、β+・β−(+Bcの場合がβ+
で、結果としてβ+の方が収束がよく、0<β+<β−
となる)に変わり、電流角密度を変化させることができ
る。
The magnetic field Bc is the same as the magnetic field B shown in FIG.
and Bc is approximately 1 / k (1/10 to 1/10) of the magnetic field Bp generated by the permanent magnet 10.
0). Further, this additional added magnetic field is
In order to change the beam locus M of the electron beam in (b),
The beam convergence angle β is β + · β − (+ Bc, β +
As a result, β + converges better and 0 <β + <β−
And the current angular density can be changed.

【0056】なお、磁界Bcのピーク値は、例えば、4
mTで、この磁界の増加によって+1mA/Strの電
流角密度が増加する計算結果が得られる。これはコイル
による調整がない場合の電流角密度Jの1/5〜1/5
0の増加に相当する。すなわち、コイルによる励磁(±
Lアンペアターン)によって、もともとの電流角密度J
もしくは露光電流lを、J±(1/5〜1/50)J変
化させ調整できることになリ、レジスト感度や露光時
間、そのたの露光条件にマッチした有用な露光条件設定
ができるようになった。
The peak value of the magnetic field Bc is, for example, 4
At mT, a calculation result is obtained in which the increase in the magnetic field increases the current angular density of +1 mA / Str. This is 1/5 to 1/5 of the current angular density J without adjustment by the coil.
It corresponds to an increase of 0. That is, the excitation by the coil (±
L ampere turn), the original current angular density J
Alternatively, the exposure current 1 can be adjusted by changing the value of J ± (1/5 to 1/50) J, and useful exposure conditions can be set that match the resist sensitivity, exposure time, and other exposure conditions. Was.

【0057】また、上述の実施の形態では磁極と電極の
一体化に関しては、電極としてはイクストラクタ電極5
の例を示したがこれに限るものではない。図には示さな
いが、その他任意の電極と磁極とを一体化することも可
能である。なお、電極と磁極を1対1で一体化する場合
は、電極と磁極は絶縁物を介して一体化しているが、複
数の電極と磁極とを一体化する場合は、どれか一つの電
極との間の絶縁物を排除し、磁極それ自体に電位を与え
る方式も可能である。
In the above-described embodiment, regarding the integration of the magnetic pole and the electrode, the extractor electrode 5 is used as the electrode.
However, the present invention is not limited to this. Although not shown, any other electrode and magnetic pole can be integrated. When the electrodes and the magnetic poles are integrated one-to-one, the electrodes and the magnetic poles are integrated via an insulator. However, when a plurality of electrodes and the magnetic poles are integrated, one of the electrodes and the magnetic poles are integrated. It is also possible to eliminate the insulator between them and apply a potential to the magnetic pole itself.

【0058】以上の構成によって、従来、永久磁石によ
る磁界を用いている場合には、ブランキングアパーチャ
を通過して使用できる電子ビームの電流角密度は、微調
整が困難で、これを調整するためには、永久磁石の大き
さを変えたり、磁極の大きさや、磁極間ギヤツプを変え
たりして行っていた。これは、電子銃部を解体、再組み
立てして行う必要があり大変手間がかかり、また、電子
銃部を動作させたままで調整を行うことは不可能であっ
た。
According to the above configuration, when a magnetic field generated by a permanent magnet is conventionally used, it is difficult to finely adjust the current angular density of an electron beam that can be used after passing through a blanking aperture. To do this, the size of the permanent magnet was changed, the size of the magnetic poles, and the gap between the magnetic poles were changed. This requires disassembly and reassembly of the electron gun, which is very time-consuming, and it is impossible to make adjustments while the electron gun is in operation.

【0059】上述の実施の形態では、、電子銃の外部
(大気中)からの電流制御によって、所定の電流角密度
を数分の一から数十分の一の精度で調整でき、露光条件
の設定を簡便にできるようになった。
In the above-described embodiment, by controlling the current from the outside of the electron gun (in the atmosphere), the predetermined current angular density can be adjusted with a precision of several tenths to several tenths. Settings can now be simplified.

【0060】また、従来では、ビーム軸上の磁界は、永
久磁石の性能のみによって決定されているため、一般
に、永久磁石は着磁によつて固定磁界を発生できるよう
になるが、磁石材料のばらつきや、着磁条件のばらつき
によつて、永久磁石によつて得られる固定磁界は、数%
程度のばらつきが存在しているものが反映して、ビーム
軸上の磁界もばらついていたが、上述の実施の形態で
は、電流制御によって磁界を補正できるため、永久磁石
の固定磁界の数%程度のばらつきをを簡便に補正するこ
とができる。
Conventionally, the magnetic field on the beam axis is determined only by the performance of the permanent magnet, and thus, in general, the permanent magnet can generate a fixed magnetic field by magnetization. Due to variations and variations in magnetization conditions, the fixed magnetic field obtained by the permanent magnet is several percent.
Although the magnetic field on the beam axis also fluctuates due to the existence of the degree of variation, in the above-described embodiment, the magnetic field can be corrected by current control. Can be easily corrected for.

【0061】また、従来のようにビーム軸上の磁界は、
永久磁石の性能のみによって決定されていたので、永久
磁石の固定磁界が温度やその他の条件によって、経時的
に発生する減磁(徐々に固定磁界が小さくなる)に伴っ
て誤差が生じていたが、このような場合には、電磁コイ
ルを電流制御して磁界を補正して初期値を維持して、経
時的に減磁による電流角密度の変化がないようにするこ
とができる。なお、この操作は、電子銃を通常の使用状
態のままで、大気中に設け電流源の電流値を操作するだ
けできわめて簡便に行うことができる。
Also, the magnetic field on the beam axis as in the prior art is:
Since the fixed magnetic field of the permanent magnet was determined only by the performance of the permanent magnet, an error occurred due to the demagnetization that occurred over time (the fixed magnetic field gradually decreased) due to the temperature and other conditions. In such a case, it is possible to correct the magnetic field by controlling the current of the electromagnetic coil and maintain the initial value, so that the current angular density does not change with time due to demagnetization. This operation can be performed very simply by simply setting the electron gun in the atmosphere and operating the current value of the current source while the electron gun is in a normal use state.

【0062】ここで、図6のようにレンズ電極として減
速型[ レンズ電圧(Ve )がイクストラ電圧(Vex)
とアノード電圧(Va)より低いタイプ] を示したが、
加速型(VeがVex、Vaより高いタイプ)でも全く
同様の効果が得られる。
Here, as shown in FIG. 6, a deceleration type lens voltage (Ve) is used as the lens electrode, and the extra voltage (Vex)
And a type lower than the anode voltage (Va)],
The same effect can be obtained with an acceleration type (a type in which Ve is higher than Vex or Va).

【0063】上述の電子銃から発射された電子線を用い
た露光技術は、直接描画や縮小投影とステップアンドリ
ピートや等倍一括投影等に用いることができる。以下に
電子ビーム描画装置に用いた一例を示す。
The above-described exposure technique using an electron beam emitted from an electron gun can be used for direct drawing, reduced projection, step-and-repeat, one-time batch projection, and the like. An example used in an electron beam writing apparatus will be described below.

【0064】図4は、電子銃70を搭載した電子光学系
の構造を示す構成図である。筐体の内部には、上から電
子銃70、第一成形アパーチャ71、成形偏向器72、
第二成形アパーチャ73、振リ戻し偏向器74、ブラン
キング電極75、倍率補正レンズ76、偏向器および集
束レンズ77、加工室78が順に設けられている。
FIG. 4 is a structural view showing the structure of an electron optical system on which the electron gun 70 is mounted. Inside the housing, from above, an electron gun 70, a first forming aperture 71, a forming deflector 72,
A second shaping aperture 73, a swing-back deflector 74, a blanking electrode 75, a magnification correction lens 76, a deflector and a focusing lens 77, and a processing chamber 78 are provided in this order.

【0065】加工室78の内部には、図示しない試料の
移動ステージが設けられ、このステージは、やはリ図示
しないレーザ干渉計でXYの座標が正確に計測され、モ
ータ駆動によリ数十から数nmの精度で位置決めが行わ
れる。また、位置決めは移動台や試料に設けられたマー
クを、検出することで行われる。
A sample moving stage (not shown) is provided inside the processing chamber 78. This stage is configured such that the XY coordinates are accurately measured by a laser interferometer (not shown). The positioning is performed with an accuracy of several nm from. The positioning is performed by detecting a mark provided on the moving table or the sample.

【0066】ここで、電子銃70で電流を長時間安定に
取り出すために、試料であるウェハから発生するガスの
影響を少なくする必要があり、差動排気によって、電子
銃室を5×10-9Torr以上の高真空に保つように構
成している。
[0066] Here, in order to take out the current long stable in the electron gun 70, it is necessary to reduce the influence of the gas generated from the wafer as a sample, the differential pumping, the electron gun chamber 5 × 10 - It is configured to maintain a high vacuum of 9 Torr or more.

【0067】制御系は、図示しない計算機からデータを
インターフェィスを介して、描画制御系に転送する.描
画制御系は、ウェハに描画するパターンに応じたアパー
チャ図形を、先の第二成形アパーチャ73よリ選択し、
これを選択できる所要の電圧を成形偏向器72に入力
し、かつ振リ戻し偏向器74によって、ビームを軸上に
戻す。この選択された描画パターンは、倍率補正レンズ
76と集束レンズ77を用いて試料(ウェハ)面に結像
する。
The control system transfers data from a computer (not shown) to the drawing control system via an interface. The drawing control system selects an aperture figure corresponding to the pattern to be drawn on the wafer from the second forming aperture 73,
The required voltage from which this can be selected is input to the shaping deflector 72, and the beam is returned on-axis by the swing-back deflector 74. The selected drawing pattern is imaged on a sample (wafer) surface using a magnification correction lens 76 and a focusing lens 77.

【0068】このとき、集束レンズ77から試料までの
あらかじめ測られた正確な距離に基づいて、集束レンズ
のフォーカスを正確に調整した後、結像される。また、
集束レンズの中に構成した偏向器によって、軸以外の部
分についても描画パターンを結像する。描画できるパタ
ーンの最小寸法は、電子光学系の収差やぼけによって制
限されており、おおよそ0.1μm以下の寸法が可能で
ある。
At this time, an image is formed after the focus of the focusing lens is accurately adjusted based on the accurate distance measured in advance from the focusing lens 77 to the sample. Also,
By using a deflector configured in the focusing lens, the drawing pattern is imaged also in a portion other than the axis. The minimum dimension of a pattern that can be drawn is limited by aberrations and blurring of the electron optical system, and a dimension of about 0.1 μm or less is possible.

【0069】このとき、試料上の単一の描画パターンは
たとえばLμm×Lμm(3μm×3μm)で露光し、
先の集束レンズ内偏向器によって、N・N´個分(たと
えば10×12個)偏向し、露光を行う。この結果、N
・Lμm×N´・Lμm(30μm×36μm)の領域
の露光が完了する。次に、試料を移動ステージで移動
し、軸上露光、偏向露光を繰リ返し、試料全体(たとえ
ば6〜12インチウェハ全面)の露光を完了するよう動
作する。
At this time, a single drawing pattern on the sample is exposed with, for example, L μm × L μm (3 μm × 3 μm).
The light is deflected by N · N ′ (for example, 10 × 12) by the deflector in the focusing lens, and exposure is performed. As a result, N
The exposure of the area of L μm × N ′ · L μm (30 μm × 36 μm) is completed. Next, the sample is moved on the moving stage, and on-axis exposure and deflection exposure are repeated to operate to complete exposure of the entire sample (for example, the entire surface of a 6 to 12 inch wafer).

【0070】以上に述べたように、エミッタ(電子放出
源)を含めた二極領域に磁界を重畳させ、ビームを収束
させる方式である磁界界浸電子銃とその電子銃を搭載
し、電子銃の電子レンズ電極と磁極ユニットを一体構造
にしたので、通常、数mrad程度の放出角しか収束す
るこをができない電子を、数十mradから百mrad
の放出角電子でも収束させることが可能になり、アパー
チュアを通過して使用できる電子を、通常の数nAオー
ダから数百nAもしくは数μAに増加させ且精密に調整
することができるようになった。
As described above, a magnetic field immersion electron gun of a type in which a magnetic field is superimposed on a bipolar region including an emitter (electron emission source) and a beam is converged, and the electron gun is mounted thereon. Since the electron lens electrode and the magnetic pole unit are integrally formed, the electrons that can converge only at an emission angle of about several mrads are usually reduced from tens to hundreds of mrads.
Can be converged, and the number of electrons that can be used after passing through the aperture can be increased from the normal several nA order to several hundred nA or several μA, and can be precisely adjusted. .

【0071】また、磁界がない場合にアパーチャを通過
できるビームが数mA/strである電流角密度を、十
数mA/strから数十mA/strまで向上させ、か
つ、精密に調整することができるようになった。
Further, it is possible to improve the current angular density at which a beam that can pass through the aperture in the absence of a magnetic field is several mA / str from ten and several mA / str to several tens mA / str and to precisely adjust the current angular density. Now you can.

【0072】また、絶縁シール材を用いた複雑な電子銃
室の構造が不要となり、部品点数の低減でコストダウン
できるようになった。
Further, a complicated structure of the electron gun chamber using the insulating sealing material is not required, and the cost can be reduced by reducing the number of parts.

【0073】また、磁界の形成に永久磁石を用いること
によって、電磁式マグネットに比べて構成が小さくな
リ、磁界部分は直径数十mmから百mmオーダに収める
ことができるようになった。
Further, by using a permanent magnet for forming the magnetic field, the configuration is smaller than that of the electromagnetic magnet, and the magnetic field can be accommodated in the order of several tens mm to 100 mm in diameter.

【0074】また、永久磁石の形状寸法を精度を上げる
ことで、電子銃の組立て精度を向上させ、電極のアライ
メントもしくは調整機構を簡素化できるようになった。
Further, by increasing the accuracy of the shape and dimensions of the permanent magnet, the accuracy of assembling the electron gun is improved, and the alignment or adjustment mechanism of the electrodes can be simplified.

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明は、アパーチャアを通過して使用
できる電子ビームの電流角密度の微調整ができるように
した電子銃が得られ、また、その電子銃を搭載した電子
ビーム描画装置等の露光装置によれば、極めて高精度に
微細パターンを処理することができる。
According to the present invention, there is provided an electron gun capable of finely adjusting the current angular density of an electron beam which can be used after passing through an aperture, and an electron beam writing apparatus equipped with the electron gun. According to the exposure apparatus described above, a fine pattern can be processed with extremely high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態を示す電子銃の要部の横断
面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of an electron gun according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態の電子銃の要部の変形例を
示す横断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a modification of a main part of the electron gun according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態の構成と、それに対応する
ビーム軸上の生成されるポテンシャル分布Φと磁界分布
Bを示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention, and a generated potential distribution Φ and a magnetic field distribution B on a beam axis corresponding to the configuration.

【図4】本発明の電子銃を搭載した電子ビーム描画装置
の電子光学系の構造を示す構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a structure of an electron optical system of an electron beam writing apparatus equipped with the electron gun of the present invention.

【図5】従来の電界放出型電子銃の構成をし示す構成
図。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional field emission electron gun.

【図6】従来の磁極とエキストラクタ電極を一体化した
場合の構成と、その構成に対応するビーム軸上に生成さ
れるポテンシャル分布Φと磁界分布Bを示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration in which a conventional magnetic pole and an extractor electrode are integrated, and a potential distribution Φ and a magnetic field distribution B generated on a beam axis corresponding to the configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、31、41…電子銃、2、32、42…ビーム軸、
3、33、43…エミッタ、4、34、44…サプレッ
サ電極、5、35、45…イクストラクタ電極、6、3
6、46…電子レンズ電極、7、37、47…アノード
電極、8…ブランキングアパーチャ、、10、10a、
10b…永久磁石、11a、11b、11c、11d…
電磁コイル、12、12a…外側電極、13、13a…
内側電極、14、14a、14b、14c…磁極ユニッ
ト、15、15a…非磁性物
1, 31, 41 ... electron gun, 2, 32, 42 ... beam axis,
3, 33, 43 ... emitter, 4, 34, 44 ... suppressor electrode, 5, 35, 45 ... extractor electrode, 6, 3
6, 46 ... electron lens electrode, 7, 37, 47 ... anode electrode, 8 ... blanking aperture, 10, 10a,
10b ... permanent magnet, 11a, 11b, 11c, 11d ...
Electromagnetic coil, 12, 12a ... outer electrode, 13, 13a ...
Inner electrode, 14, 14a, 14b, 14c: magnetic pole unit, 15, 15a: non-magnetic material

フロントページの続き (72)発明者 安藤 厚司 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 5C030 BB17 BC06 CC07 5F056 AA04 AA19 CB03 EA02 Continued on the front page (72) Inventor Atsushi Ando 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term (reference) 5C030 BB17 BC06 CC07 5F056 AA04 AA19 CB03 EA02

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空容器と、この真空容器内に配置され
電子ビームを発生する陰極と、この陰極で発生した電子
ビームに磁場を印加する磁極ユニットと、前記陰極で発
生した電子ビームをビーム軸方向に加速して電子ビーム
の通路を形成する陽極と、この陽極と前記陰極との間に
配置されて前記陽極で加速された電子ビームを前記ビー
ム軸上に収束させる電界を発生する電子レンズとを有す
る電子銃において、前記磁極ユニットは、閉空間の中に
永久磁石と電磁コイルとを配置した構造を有することを
特徴とする電子銃。
1. A vacuum vessel, a cathode disposed in the vacuum vessel for generating an electron beam, a magnetic pole unit for applying a magnetic field to the electron beam generated by the cathode, and a beam axis for generating an electron beam by the cathode. An anode that accelerates in the direction to form an electron beam path, and an electron lens that is disposed between the anode and the cathode and generates an electric field that causes the electron beam accelerated by the anode to converge on the beam axis. Wherein the magnetic pole unit has a structure in which a permanent magnet and an electromagnetic coil are arranged in a closed space.
【請求項2】 前記磁極ユニットの前記永久磁石は、表
面処理が施されていることを特徴とする請求項1記載の
電子銃。
2. The electron gun according to claim 1, wherein the permanent magnet of the magnetic pole unit has been subjected to a surface treatment.
【請求項3】 前記磁極ユニットの前記電磁コイルは、
表面処理が施されていることを特徴とする請求項1記載
の電子銃。
3. The electromagnetic coil of the magnetic pole unit,
2. The electron gun according to claim 1, wherein a surface treatment is performed.
【請求項4】 前記磁極ユニットは、少なくとも一つの
前記電極と一体化したことを特徴としたこと特徴とする
請求項1記載の電子銃。
4. The electron gun according to claim 1, wherein said magnetic pole unit is integrated with at least one of said electrodes.
【請求項5】 請求項1から4のいずれかに記載の電子
銃を搭載したことを特徴とする露光装置。
5. An exposure apparatus comprising the electron gun according to claim 1.
【請求項6】 真空容器内に配置された陰極で電子ビー
ムを発生させ、この陰極で発生した電子ビームに磁極ユ
ニットから磁場を印加して電子レンズがビーム軸上に収
束させる電界を調整する電子銃による電子ビーム発生方
法において、 前記磁極ユニットによる磁場の印加は、磁極ユニットに
設けられた永久磁石と電磁コイルとから発生した磁場に
よるものであることを特徴とする電子銃による電子ビー
ム発生方法。
6. An electron for generating an electron beam at a cathode disposed in a vacuum vessel, and applying a magnetic field from a magnetic pole unit to the electron beam generated at the cathode to adjust an electric field converged by an electron lens on a beam axis. In the electron beam generating method using a gun, the application of a magnetic field by the magnetic pole unit is based on a magnetic field generated from a permanent magnet and an electromagnetic coil provided in the magnetic pole unit.
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