JP2001345062A - Electron gun, exposing device and exposing method - Google Patents

Electron gun, exposing device and exposing method

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JP2001345062A
JP2001345062A JP2000162710A JP2000162710A JP2001345062A JP 2001345062 A JP2001345062 A JP 2001345062A JP 2000162710 A JP2000162710 A JP 2000162710A JP 2000162710 A JP2000162710 A JP 2000162710A JP 2001345062 A JP2001345062 A JP 2001345062A
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Japan
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cathode
electron gun
electron
extraction electrode
electron beam
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Masakazu Hayashi
正和 林
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron gun in which energy dispersions of electron beam are small and in which the homogeneity of lighting is superior, and provide an exposing device and exposing method to use it wherein the resolution is enhanced and the exposure unevenness is smaller. SOLUTION: Numerous minute protrusions 5a, 5b to 5n are formed at a tip surface of a negative electrode 1, and a single or numerous drawing out electrodes 3, 4 are installed at the same time, and the electron gun (lighting beam source) having many points of electron emission source is formed.

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、電子ビームを形成
する電子銃と、この電子銃からの電子ビームを利用した
観察装置(SEMやTEM)や、半導体へ微細パターン
を形成する露光装置と露光方法に関する。
The present invention relates to an electron gun for forming an electron beam, an observation apparatus (SEM or TEM) using the electron beam from the electron gun, an exposure apparatus for forming a fine pattern on a semiconductor, and an exposure apparatus. About the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常、EB露光装置等に用いられる電子
銃は陰極に、熱陰極(LaBにウエネルト(格子電
極)をつけたもの)が用いられている。一般に、可変成
形型EB露光装置や部分一括型EB露光装置では、電子
ビーム源からスポットでなく面状に電子ビームを照射す
るので、照射エリア内のビーム強度の面内均一性が重要
である。
2. Description of the Related Art An electron gun used in an EB exposure apparatus or the like generally uses a hot cathode (a LaB 6 having a Wehnelt (lattice electrode) attached thereto) as a cathode. In general, in a variable-shaped EB exposure apparatus or a partial batch EB exposure apparatus, an electron beam is irradiated from an electron beam source not in a spot but in a planar manner, so that in-plane uniformity of beam intensity in an irradiation area is important.

【0003】その際、照射エリア内の電子ビーム強度の
面内均一性の程度は、数%以下が必要とされている。そ
のために、実際の熱陰極(LaBにウエネルトをつけ
たもの)は、フィラメントの先端をフラットに加工した
り、広がった電子ビームの一部のみを用いる等を行なっ
ている。
At this time, the degree of in-plane uniformity of the electron beam intensity in the irradiation area is required to be several percent or less. Therefore, the actual hot cathode (LaB 6 to that with a Wehnelt) is or processed the tip of the filament in flat, are performed such as using only a portion of the widened electron beam.

【0004】個々で一般的に、熱陰極のエネルギースプ
レッド(ES;エネルギー分散)はその特性上、比較的
大きい5eV程度になる。
In general, the energy spread (ES; energy dispersion) of a hot cathode is relatively large, about 5 eV due to its characteristics.

【0005】ところで、EB露光装置で重要な課題は色
収差の低減である。色収差が大きいと露光の分解能(例
えば、100nmの線幅を露光する際は、30〜90n
mオーダの像のボケになっている必要があるが、このボ
ケが分解能に相当する)が悪くなる。色収差は、エネル
ギースプレッドES/ビーム加速電圧に比例するので、
一般のEB露光装置では、エネルギースプレッドES/
ビーム加速電圧=5eV/50kv(30kv〜100
kv)=10−4になり、30kv〜100kVオーダ
の高加速EB露光装置では許容される値となっている。
An important problem in the EB exposure apparatus is to reduce chromatic aberration. If the chromatic aberration is large, the exposure resolution (for example, when exposing a line width of 100 nm, 30 to 90 n
The image must be blurred on the order of m, but this blur corresponds to the resolution). Since chromatic aberration is proportional to the energy spread ES / beam acceleration voltage,
In a general EB exposure apparatus, the energy spread ES /
Beam acceleration voltage = 5 eV / 50 kv (30 kv-100
kv) = 10 −4 , which is an allowable value in the high-acceleration EB exposure apparatus on the order of 30 kv to 100 kV.

【0006】一方、エネルギースプレッドを小さくでき
る技術としては、熱電界放出型陰極が知られている。熱
電界放出型陰極は、例えばZrO/Wに引き出し電極を
つけたものであり、通常、熱電界放出型陰極のエネルギ
ースプレッドは1eV程度である。したがって、熱電界
放出型陰極は熱陰極に比較してエネルギースプレッドは
1/5であり、そのため、エネルギースプレッドに関し
ては低加速型EB露光装置の陰極として好ましい性能を
有している。
On the other hand, a thermal field emission type cathode is known as a technique capable of reducing the energy spread. The thermal field emission cathode has, for example, a ZrO / W with an extraction electrode attached thereto, and usually has an energy spread of about 1 eV. Therefore, the energy spread of the thermal field emission type cathode is 1/5 of that of the hot cathode, and therefore, the energy spread has a preferable performance as the cathode of the low acceleration type EB exposure apparatus with respect to the energy spread.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般の熱陰極
(LaBにウエネルトをつけたもの)を低加速型EB
露光装置(加速電圧が5kvオーダの装置)に用いる
と、この値は、エネルギースプレッドES/電子ビーム
加速電圧=5eV/5kv(3kv〜10kv)=10
−3になり、先の10−4と比較して10倍となり許容
できない値である。したがって、エネルギースプレッド
が5eVオーダでは、色収差が大きくなってしまうため
に好ましくなく、エネルギースプレッドは0.5eV程
度が望まれる。
However, a general hot cathode (LaB 6 with Wehnelt) is replaced with a low-acceleration EB.
When used in an exposure apparatus (apparatus having an acceleration voltage of the order of 5 kv), this value is calculated as energy spread ES / electron beam acceleration voltage = 5 eV / 5 kv (3 kv to 10 kv) = 10
−3 , which is 10 times as large as 10 −4 , which is an unacceptable value. Therefore, when the energy spread is on the order of 5 eV, the chromatic aberration increases, which is not preferable, and the energy spread is desirably about 0.5 eV.

【0008】一方、熱電界放出型陰極を用いた場合は、
電界強度で電子を引き出すため電子放出部の先端の曲率
半径が小さい方が電界強度が高くなる(電界強度は先端
半径に逆比例する)ために、陰極の先端が数μm以下の
非常に小さな形状をしている。つまり、先端の曲率半径
が小さいために、熱電界放出型陰極を用いた場合は、電
子ビームは電源から発散的に放出されるようになる。そ
の結果、電子ビーム強度は、中心のみで強く、周辺では
弱い例えばガウス分布状になり、これを照明ビームとし
て用いた場合は、面内均一性が低下する問題が発生す
る。
On the other hand, when a thermal field emission cathode is used,
Electrons are extracted by the electric field strength, so that the smaller the radius of curvature at the tip of the electron emission portion is, the higher the electric field strength is (the electric field strength is inversely proportional to the tip radius). You are. That is, since the radius of curvature at the tip is small, when a thermal field emission cathode is used, the electron beam is divergently emitted from the power supply. As a result, the electron beam intensity is strong only at the center and weak at the periphery, for example, in a Gaussian distribution. When this is used as an illumination beam, there is a problem that the in-plane uniformity is reduced.

【0009】本発明はこれらの事情にもとづいてなされ
たもので、電子ビームのエネルギー分散が小さく、か
つ、照明の均一性が優れた電子銃と、それを用いること
により解像度が高く、また、露光むらのすくない露光装
置と露光方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made on the basis of these circumstances, and has an electron gun having a small energy dispersion of an electron beam and excellent uniformity of illumination. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and an exposure method that are not uneven.

【0010】[0010]

【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を引き出すた
めの引き出し電極と、前記陰極で発生した電子ビームを
前記ビーム軸方向に加速して前記電子ビームの通路を形
成する陽極とを具備した電子銃において、前記陰極の先
端面には複数個の突起が形成されていることを特徴とす
る電子銃である。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a cathode disposed in a vacuum vessel for generating an electron beam, an extraction electrode for extracting the electron beam generated by the cathode, and An electron gun comprising: an anode that accelerates an electron beam generated by a cathode in the beam axis direction to form a path for the electron beam; wherein a plurality of protrusions are formed on a tip end surface of the cathode. It is a characteristic electron gun.

【0011】また請求項2の発明による手段によれば、
前記複数個の突起は、それぞれの突起の形状が等しい
か、または、ランダム形状であることを特徴とする電子
銃である。
According to the second aspect of the present invention,
The plurality of protrusions may have the same shape or a random shape.

【0012】また請求項3の発明による手段によれば、
前記引き出し電極は、前記陰極の先端面に形成された前
記突起に対応した位置にそれぞれ孔が形成されているこ
とを特徴とする電子銃である。
According to the third aspect of the present invention,
The extraction gun is characterized in that holes are formed at positions corresponding to the protrusions formed on the tip end surface of the cathode, respectively.

【0013】また請求項4の発明による手段によれば、
前記引き出し電極の前記ビーム軸に沿った前方には、第
2引き出し電極が配設されていることを特徴とする電子
銃である。
According to the fourth aspect of the present invention,
An electron gun, wherein a second extraction electrode is provided in front of the extraction electrode along the beam axis.

【0014】また請求項5の発明による手段によれば、
前記陰極は、ランタンヘキサボライドにより形成されて
いることを特徴とする電子銃である。
[0014] According to the means of claim 5,
The cathode is an electron gun formed of lanthanum hexaboride.

【0015】また請求項6の発明による手段によれば、
露光手段に、上記の電子銃を用いていることを特徴とす
る露光装置である。
According to the means of the invention of claim 6,
An exposure apparatus using the electron gun as the exposure means.

【0016】また請求項7の発明による手段によれば、
被加工体に対して、上記の電子銃を用いて露光すること
を特徴とする露光方法である。
Further, according to the means of the invention of claim 7,
An exposure method characterized by exposing a workpiece using the above-mentioned electron gun.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の電子銃と露光措置
及び露光方法の実施の形態の一例について、図面を参照
して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an electron gun, an exposure measure and an exposure method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図1は本発明の電子銃の、陰極部の周辺の
基本構成を示す横断面図である。電子銃の構成は、電子
ビーム軸であるZ軸に沿って、陰極1、サプレッサ2、
引き出し電極3(エキストラクタ電極)、第二引き出し
電極4が配置され、さらにその前方には、何れも図示し
ない、電子レンズ、アノード、ブランキングアパーチャ
が配列されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the basic structure of the periphery of the cathode portion of the electron gun of the present invention. The configuration of the electron gun includes a cathode 1, a suppressor 2, and a Z-axis along the electron beam axis.
An extraction electrode 3 (extractor electrode) and a second extraction electrode 4 are arranged, and further in front of them, an electron lens, an anode, and a blanking aperture (both not shown) are arranged.

【0019】電子放出源である陰極1は、LaBによ
り形成されている。また、サプレッサ2は、陰極電位に
対して−200〜−500V程度の電圧を印加してい
る。
The cathode 1 is an electron emission source is formed by a LaB 6. The suppressor 2 applies a voltage of about -200 to -500 V with respect to the cathode potential.

【0020】引き出し電極3(エキストラクタ電極)の
印加電圧は、ギャップGに依存しており、例えば、G
=10μm〜50μmに対して、+20〜500v程
度の電圧である。また、第二引き出し電極4の印加電圧
は、ギャップGに依存しており、例えば、G=1m
m〜5mmに対して、+200v〜+5Kv程度の電圧
である。
The voltage applied to the extraction electrode 3 (extractor electrode) is dependent on the gap G 1, for example, G
1 = Voltage of about +20 to 500 V for 10 μm to 50 μm. Further, the applied voltage of the second lead-out electrode 4 is dependent on the gap G 2, for example, G 2 = 1 m
The voltage is about +200 V to +5 Kv for m to 5 mm.

【0021】図2は、図1におけるA部を拡大表示した
斜視図である。陰極1の先端は、裁頭円錐状で、かつ、
先端面には数百μm(ここでは240μm)の範囲に6
×6=36個の突起5a、5b…5nが形成されてい
る。一方、引き出し電極3は、皿状の円形板中央に多数
の微細な孔6a、6b…6nを明けた構造である。この
孔6a、6b…6nの孔径は、例えば、数十μmから数
百μmで、孔6a、6b…6nの中心間ピッチPは孔径
よりも数μmから数十μm程度大きくなっている。(こ
こでは引き出し電極3の板厚は10μm、孔径はφ20
μm、ピッチPは40μmである)。また、引き出し電
極3の孔6a、6b…6nのピッチPと陰極1の先端面
に形成された突起5a、5b…5nのピッチPの寸法は
同一になっている。
FIG. 2 is an enlarged perspective view of the portion A in FIG. The tip of the cathode 1 is frusto-conical, and
6 mm in the range of several hundred μm (240 μm here)
.Times.6 = 36 protrusions 5a, 5b... 5n are formed. On the other hand, the extraction electrode 3 has a structure in which many fine holes 6a, 6b... 6n are formed in the center of a dish-shaped circular plate. The holes 6a, 6b... 6n have a hole diameter of, for example, several tens μm to several hundreds μm, and the center pitch P of the holes 6a, 6b. (Here, the thickness of the extraction electrode 3 is 10 μm, and the hole diameter is φ20.
μm and the pitch P is 40 μm). The pitch P of the holes 6a, 6b... 6n of the extraction electrode 3 and the pitch P of the projections 5a, 5b.

【0022】したがって、機械的に調整することで、引
き出し電極3の孔6a、6b…6nの中心と、陰極1の
先端面に形成されている全ての突起5a、5b…5n
は、図3に示すように、それぞれが対応して、同軸にな
るよう構成されている。
Therefore, by mechanically adjusting, the centers of the holes 6a, 6b... 6n of the extraction electrode 3 and all the projections 5a, 5b.
Are configured so as to be coaxial with each other, as shown in FIG.

【0023】陰極1の製造は、まずLaBの結晶を円
柱状に形成し、先端を円錐状に加工する。次にこの先端
部に平坦な面を形成し、さらにこの面に、図2に示した
ように多数の鋭利な突起5a、5b…5nが形成される
ように加工する。このとき、突起5a、5b…5nの頂
部の先端半径は、例えば、サブμmから数μm(ここで
は2μm)である。また、突起5a、5b…5nは、数
百μm(ここでは240μm)の範囲に6×6=36個
を形成している。
[0023] Production of cathode 1, first crystals of LaB 6 is formed in a cylindrical shape, machining a tip in a conical shape. Next, a flat surface is formed at the tip portion, and the surface is further processed so that a number of sharp projections 5a, 5b,..., 5n are formed as shown in FIG. At this time, the tip radius of the tops of the protrusions 5a, 5b,..., 5n is, for example, from sub μm to several μm (here, 2 μm). The projections 5a, 5b... 5n form 36 × 6 = 36 projections in the range of several hundred μm (here, 240 μm).

【0024】さらに、図4(a)および(b)を参照し
て、ダイヤモンドバイト7を用いた突起5a、5b…5
nの加工法を説明する。図4(a)に示すように、ダイ
ヤモンドバイト7の先端は錐状に形成されている。この
ダイヤモンドバイト7の先端で、予め陰極1の先端に形
成された平坦な面を、Y方向に直線的に切削することに
よって、V溝V、V、…Vを順次等ピッチPで加
工する。なお、その際、図4(b)に示すように、ピッ
チPは最初の溝の開口幅Wより小さくなるように設定し
てある。従って、隣接する溝の境界で形成される突起
(線状)は、ダイヤモンドバイト7による切削面同士の
交差で形成されているため、鋭利なV溝V 、V、…
として形成される。次に同様の加工を、X方向に施
すことによって、二次元状に並んだ突起5a、5b…5
nを形成することができる。
Referring to FIGS. 4A and 4B, FIG.
And projections 5a, 5b,.
The processing method of n will be described. As shown in FIG.
The tip of the diamond cutting tool 7 is formed in a conical shape. this
The tip of the diamond tool 7 is formed in advance on the tip of the cathode 1.
To cut a flat surface that has been formed linearly in the Y direction
Therefore, V groove V1, V2, ... VnAt the same pitch P
Work. At this time, as shown in FIG.
H is set to be smaller than the opening width W of the first groove.
It is. Therefore, protrusions formed at the boundaries of adjacent grooves
(Linear) means that the cutting surfaces
Since it is formed by intersection, a sharp V-groove V 1, V2
VnIs formed as Next, the same processing is performed in the X direction.
By doing so, the projections 5a, 5b,.
n can be formed.

【0025】次に、引き出し電極3の孔6a、6b…6
nの加工方法について、図5を参照して説明する。引き
出し電極3の孔6a、6b…6nの加工は放電加工によ
り行なう。放電加工機(不図示)の電極8は、先端が円
柱状の金属で、その先端の円柱の直径φは、引き出し
電極3に加工する孔6a、6b…6nの孔径φよりも
わずかに細くしてある。この電極8を用いて、引き出し
電極3の所定位置に順次、等ピッチで放電加工を行え
ば、所定の微小な孔6a、6b…6nを形成することが
できる。
Next, the holes 6a, 6b,.
The processing method of n will be described with reference to FIG. The holes 6a, 6b... 6n of the extraction electrode 3 are processed by electric discharge machining. The electrode 8 of the electric discharge machine (not shown) is a cylindrical metal at the tip, and the diameter φ 1 of the cylinder at the tip is slightly smaller than the hole diameter φ 2 of the holes 6a, 6b. It is thin. By using this electrode 8 and performing electrical discharge machining at predetermined positions of the extraction electrode 3 sequentially at a constant pitch, predetermined minute holes 6a, 6b... 6n can be formed.

【0026】次に、これらの構成による電子銃の動作を
図6を参照して説明する。
Next, the operation of the electron gun having the above configuration will be described with reference to FIG.

【0027】この場合、説明の都合上、陰極1の先端部
には、4個の突起5a、5b、5c、5dが各々ピッチ
pで形成されているものとする。
In this case, for the sake of explanation, it is assumed that four projections 5a, 5b, 5c and 5d are formed at a pitch p at the tip of the cathode 1.

【0028】まず、陰極1を図示しない機構によって、
1500K〜1800Kに加熱する。それにより、陰極
1の先端の突起5a、5b、5c、5dから熱電子が放
出し、陰極1の先端に電子雲を形成する。この場合、突
起5a、5b、5c、5dは点に近いため、光学条件が
安定しており、ゆらぎに大してもあまり影響を受けな
い。
First, the cathode 1 is moved by a mechanism not shown.
Heat to 1500K-1800K. As a result, thermoelectrons are emitted from the projections 5a, 5b, 5c, and 5d at the tip of the cathode 1, and an electron cloud is formed at the tip of the cathode 1. In this case, since the projections 5a, 5b, 5c, and 5d are close to points, the optical conditions are stable, and there is little effect even if the fluctuation is increased.

【0029】その状態で、引き出し電極3に+20〜5
00V程度の電圧を印加する。その結果、各突起5a、
5b、5c、5dから発した電子ビームは、引き出し電
極3によって引き出され、引き出し電極3に形成されて
いる孔6a、6b…6nを通過する。この孔6a、6b
…6nを通過した電子ビームは第二引き出し電極4によ
って、さらに引寄せられ、それぞれが、電子ビーム
、B、B、Bのように広がっていく。
In this state, +20 to 5 is applied to the extraction electrode 3.
A voltage of about 00V is applied. As a result, each protrusion 5a,
The electron beams emitted from 5b, 5c and 5d are extracted by the extraction electrode 3 and pass through holes 6a, 6b... 6n formed in the extraction electrode 3. These holes 6a, 6b
... by the electron beam and the second lead-out electrode 4 passing through the 6n, it was submitted further argument, respectively, spread as the electron beam B 1, B 2, B 3 , B 4.

【0030】ここで図7のグラフに示すように、引き出
し電極3の電圧を調節して、陰極1の先端の陰極放出電
流密度Jcを、飽和電流密度Js以上に設定すると、シ
ョットキー(Schottky)効果(飽和電流の対数
を陽極電圧の平方根の関数として示すと直線になる)に
よって、電子ビームのエネルギースップレッドESは5
eVよりも小さくなる。
Here, as shown in the graph of FIG. 7, when the voltage of the extraction electrode 3 is adjusted and the cathode emission current density Jc at the tip of the cathode 1 is set to be equal to or higher than the saturation current density Js, Schottky Due to the effect (the logarithm of the saturation current as a function of the square root of the anode voltage is linear), the energy spread ES of the electron beam is 5
It becomes smaller than eV.

【0031】さらに、図6に示すように、各一つの突起
5a、5b、5c、5dから放出した電子ビームは、陰
極1の先端からLaの位置では直径φの電子ビームと
なり、Lbの位置では直径φの電子ビームになる。こ
のため多数の突起5a、5b、5c、5dを発した電子
ビームは、Laの区間では相互に重なっていないが、L
bの区間では重なりあうことになる。この場合は、各2
つの電子ビーム間での重なりは、約70%程度である。
Further, as shown in FIG. 6, the electron beam emitted from each of the projections 5a, 5b, 5c and 5d becomes an electron beam having a diameter φa at the position La from the tip of the cathode 1, and the position of the position Lb in becomes the electron beam diameter phi b. For this reason, the electron beams emitted from the large number of protrusions 5a, 5b, 5c, and 5d do not overlap each other in the section of La.
The sections b overlap each other. In this case, each 2
The overlap between the two electron beams is about 70%.

【0032】このように重なり合う条件にすれば、Lb
の領域内の電子ビームは、各電子ビームB、B、B
、Bの重なりによって均等化され、全体として、面
内均一性の優れた電子ビームとなる。
Under such an overlapping condition, Lb
Of the electron beams B 1 , B 2 , B
3 , and B 4 are equalized by the overlap, and as a whole, an electron beam having excellent in-plane uniformity is obtained.

【0033】次に、上述の電子銃の電極構成や電極構造
・材料に関する変形例について説明する。なお、各実施
例とも、上述の実施の形態と同様の個所には同符号を付
して、個々の説明を省略する。
Next, modifications of the above-described electron gun with respect to the electrode configuration and electrode structure / material will be described. In each example, the same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

【0034】まず、電極構成の変形例について説明す
る。
First, a modification of the electrode configuration will be described.

【0035】(変形例1)図8に示すように、この場合
は、第二引き出し電極3を取除いた構造である。これに
より、陰極1からの電子ビームは引き出し電極3のすぐ
近傍で重なり合うように構成している。
(Modification 1) As shown in FIG. 8, in this case, the structure is such that the second extraction electrode 3 is removed. Thus, the electron beam from the cathode 1 is configured to overlap immediately in the vicinity of the extraction electrode 3.

【0036】(変形例2)図9に示すように、この場合
は、引き出し電極3を取除いた構造である。これによ
り、引き出し電極3の印加電圧のみで、陰極1の先端の
電子雲を引き出す構成である。
(Modification 2) As shown in FIG. 9, in this case, the extraction electrode 3 is removed. Thus, the electron cloud at the tip of the cathode 1 is extracted only by the voltage applied to the extraction electrode 3.

【0037】以下に、電極構造の変形例について説明す
る。この場合の電極構成は、上述の実施の形態と各変形
例にそれぞれ適用することができる。
Hereinafter, modifications of the electrode structure will be described. The electrode configuration in this case can be applied to the above-described embodiment and each of the modifications.

【0038】(変形例3)上述の図2に示した陰極1に
形成した突起5a、5b…5nの配列では、各突起5
a、5b…5nの配列ピッチをXY方向共に等ピッチp
で、かつ、X方向とY方向に同数の突起5a、5b…5
nを配列したが、配列ピッチに関しては、X方向とY方
向が異なっても良く、また、配列個数についても、X方
向とY方向が異なっても良い。
(Modification 3) In the arrangement of the projections 5a, 5b... 5n formed on the cathode 1 shown in FIG.
a, 5b... 5n are arranged at an equal pitch p in the XY directions.
And the same number of protrusions 5a, 5b... 5 in the X direction and the Y direction.
Although n is arranged, the arrangement direction may be different between the X direction and the Y direction, and the arrangement number may be different between the X direction and the Y direction.

【0039】(変形例4)上述の図2に示した陰極1に
形成した突起5a、5b…5nの配列では、突起5a、
5b…5nをX方向とY方向との格子状に配列したが、
突起5a、5b…5nの配列に関しては、図10に示す
ように、千鳥状の配列でも良く、また、その他にも任意
の配列を用いることができる。
(Modification 4) In the arrangement of the projections 5a, 5b... 5n formed on the cathode 1 shown in FIG.
5n are arranged in a grid in the X and Y directions.
The arrangement of the projections 5a, 5b... 5n may be a staggered arrangement as shown in FIG. 10, or any other arrangement may be used.

【0040】(変形例5)上述の図2に示した引き出し
電極3に形成した孔6a、6b…6nの形状は円形であ
ったが、孔の形状は円形でなく、図10に示すように矩
形状孔6a´、6b´…6n´でも良く、また、矩形以
外にも三角形のほかN角形を用いることが可能である。
さらに、N角形は、正N角形以外にも、任意のN角形で
もよい。
(Modification 5) The shapes of the holes 6a, 6b... 6n formed in the extraction electrode 3 shown in FIG. 2 are circular, but the shapes of the holes are not circular, as shown in FIG. The holes may be rectangular holes 6a ', 6b'... 6n ', and it is possible to use not only rectangles but also triangles and N-gons.
Further, the N polygon may be any N polygon other than the regular N polygon.

【0041】(変形例6)上述の図2に示した引き出し
電極3では、陰極1の突起の空間的配置に対応して、引
き出し電極3の同径の孔6a、6b…6nを空間的に配
置したが、引き出し電極3の孔の直径が異なるように配
置したり、任意の図形を配置したりすることも可能であ
る。
(Modification 6) In the extraction electrode 3 shown in FIG. 2 described above, holes 6a, 6b... 6n having the same diameter in the extraction electrode 3 are spatially formed in accordance with the spatial arrangement of the projections of the cathode 1. Although they are arranged, it is also possible to arrange them so that the diameters of the holes of the extraction electrodes 3 are different, or to arrange arbitrary figures.

【0042】それにより、引き出し電極3の孔を陰極1
の突起の空間的位置に依存した形を用いることによっ
て、面内均一性を向上させることも可能である。(たと
えば、周辺での孔径を中心部の孔径とは変えて、周辺の
電子ビームの量を多くする方法等) (変形例7)上述の図2に示した陰極1では、突起5
a、5b…5nの形成を機械研削によって、幾何学的に
同一の突起5a、5b…5nをつくり、配列した。しか
し、この手法に限らず、表面をダイヤモンド塗粒等によ
って、図12(a)に示すように、粗すことにより形成
することもできる。
Thus, the hole of the extraction electrode 3 is connected to the cathode 1
It is also possible to improve the in-plane uniformity by using a shape that depends on the spatial position of the projections. (For example, a method of changing the hole diameter at the periphery to the hole diameter at the center to increase the amount of electron beams at the periphery, etc.) (Modification 7) In the cathode 1 shown in FIG.
.. 5n were formed by mechanical grinding to form geometrically identical projections 5a, 5b. However, without being limited to this method, the surface can be formed by roughening the surface with diamond coating particles or the like as shown in FIG.

【0043】これによって、図12(b)に示すような
微細な凹凸を多く持つ表面を製作し、これをランダム突
起として用いて、同様の作用をさせることも可能であ
る。
As a result, it is possible to produce a surface having many fine irregularities as shown in FIG. 12B and use the same as random projections to perform the same function.

【0044】(変形例8)上述の実施の形態では、陰極
1の材料として、ランタンへキサボライド(Lab
を用いた例を示したが、陰極1の材料はこれに限らず、
W(2500〜3000Kで使用)、Ta(2300〜
2500Kで使用)、BaO(1100〜1300Kで
使用)等も使用できる。
(Modification 8) In the above embodiment, lanthanum hexaboride (Lab 6 ) is used as the material of the cathode 1.
However, the material of the cathode 1 is not limited to this.
W (used at 2500-3000K), Ta (2300-3000K)
2500K), BaO (used at 1100-1300K) and the like can also be used.

【0045】以上に述べた各構成によれば、陰極の多点
の電子放出源から同時に出た電子ビームを照明ビームと
して用いることによって、ES(エネルギー分散)が小
さく(5eV以下)、かつ、照明の面内均一性が優れた
(均一性が数%以下)電子源を得ることができるように
なった。
According to each configuration described above, by using an electron beam simultaneously emitted from the multiple electron emission sources of the cathode as the illumination beam, the ES (energy dispersion) is small (5 eV or less) and the illumination is reduced. An electron source having excellent in-plane uniformity (uniformity of several percent or less) can be obtained.

【0046】また、これらの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。
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, and one-time batch projection.

【0047】以下に電子ビーム描画装置に用いた一例を
示す。
An example used in an electron beam writing apparatus will be described below.

【0048】図13は、電子銃20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20、第一成形アパーチャ21、成形偏向器2
2、第二成形アパーチャ23、振り戻し偏向器24、ブ
ランキング電極25、倍率補正レンズ26、偏向器およ
び集束レンズ27、加工室28が順に設けられている。
FIG. 13 is a structural view showing the structure of an electron optical system on which the electron gun 20 is mounted. Inside the housing, from above, the electron gun 20, the first forming aperture 21, the forming deflector 2
2, a second shaping aperture 23, a return deflector 24, a blanking electrode 25, a magnification correcting lens 26, a deflector and a focusing lens 27, and a processing chamber 28 are provided in this order.

【0049】加工室28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、やはり図示
しないレーザ干渉計でXYの座標が正確に計測され、モ
ータ駆動により数十から数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 moving stage (not shown) for moving a sample is provided inside the processing chamber 28. This stage also has a laser interferometer (not shown) that accurately measures XY coordinates, and is driven by a motor to have a size of several tens to several nm. Positioning is performed with accuracy. The positioning is performed by detecting a mark provided on the moving table or the sample.

【0050】ここで、電子銃20で電流を長時間安定に
取り出すために、試料であるウエ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。
[0050] Here, in order to take out the current long stable in the electron gun 20, 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.

【0051】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、ウエ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23より選択し、
これを選択できる所要の電圧を成形偏向器22に入力
し、かつ振リ戻し偏向器24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26と集束レンズ27を用いて、試料(ウエハ)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 23,
The required voltage from which this can be selected is input to the shaping deflector 22, and the beam is returned on-axis by the swing-back deflector 24. The selected drawing pattern is imaged on the sample (wafer) surface using the magnification correction lens 26 and the focusing lens 27.

【0052】このとき、集束レンズ27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
27のフォーカスを正確に調整した後、結像するのであ
る。また、集束レンズ27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の
である。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0.1
μm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 27 is accurately adjusted based on the accurate distance measured in advance from the focusing lens 27 to the sample. The deflector formed in the focusing lens 27 also forms an image of the drawing pattern on a portion other than the axis. The minimum size of a pattern that can be drawn is limited by aberrations and blurs of the electron optical system, and is approximately 0.1%.
Dimensions below μm are possible.

【0053】この時、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′固分(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、偏向露光を繰り返し、試料全体(たとえば1
2インチウエハの全面)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), and N · N ′ solid components (eg, 10 × 12) are deflected by the deflector in the focusing lens. It deflects and performs exposure. 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,
On-axis exposure and deflection exposure are repeated, and the entire sample (for example, 1
It operates to complete the exposure of the entire surface of the 2-inch wafer).

【0054】以上に述べたように、電子ビーム描画装置
に本発明の電子銃を搭載することにより、低加速方式で
可変成形型EB露光装置や部分一括型EB露光装置にお
いて、解像度が良く(分解能が良く、ボケが小さく)、
面内の露光むら(露光の面内均一性)の少ない露光装置
が実現できるようになった。
As described above, by mounting the electron gun of the present invention on the electron beam lithography system, a variable acceleration type EB exposure system or a partial batch EB exposure system with a low acceleration method can obtain a high resolution (resolution). Better, less blur),
An exposure apparatus with less in-plane exposure unevenness (in-plane uniformity of exposure) can be realized.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明によれば、陰極から放出される電
子により、露光面内の均一性の優れた照明ビームが形成
される電子銃が得られる。
According to the present invention, it is possible to obtain an electron gun in which an electron beam emitted from a cathode forms an illumination beam having excellent uniformity on an exposure surface.

【0056】また、その電子銃を用いることにより、解
像度が高く、露光むらの少ない露光装置と露光方法が具
現化できる。
Further, by using the electron gun, an exposure apparatus and an exposure method having high resolution and less exposure unevenness can be realized.

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

【図1】本発明の電子銃の、陰極部の周辺の基本構成を
示す横断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a basic configuration around a cathode portion of an electron gun of the present invention.

【図2】本発明の電子銃の陰極と引き出し電極の表面の
拡大斜視図。
FIG. 2 is an enlarged perspective view of the surface of a cathode and an extraction electrode of the electron gun of the present invention.

【図3】陰極の突起と引き出し電極の孔との位置関係の
説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a positional relationship between a projection of a cathode and a hole of an extraction electrode.

【図4】(a)および(b)は、本発明の陰極の突起の
形成方法の説明図。
FIGS. 4A and 4B are explanatory views of a method for forming a projection of a cathode according to the present invention.

【図5】本発明の引き出し電極の孔の形成方法の説明
図。
FIG. 5 is an explanatory view of a method for forming a hole in an extraction electrode according to the present invention.

【図6】本発明の電極による電子ビームの重なりを示す
説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the overlap of electron beams by the electrodes of the present invention.

【図7】ショットキー効果の説明グラフ。FIG. 7 is an explanatory graph of the Schottky effect.

【図8】本発明の電子銃の変形例を示す説明図。FIG. 8 is an explanatory view showing a modification of the electron gun of the present invention.

【図9】本発明の電子銃の変形例を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory view showing a modification of the electron gun of the present invention.

【図10】本発明の電子銃の変形例を示す説明図。FIG. 10 is an explanatory view showing a modification of the electron gun of the present invention.

【図11】本発明の電子銃の変形例を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory view showing a modification of the electron gun of the present invention.

【図12】本発明の電子銃の変形例を示す説明図。FIG. 12 is an explanatory view showing a modification of the electron gun of the present invention.

【図13】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. 13 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.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…陰極、2…サプレッサ、3…引き出し電極、4…第
二引き出し電極、5a、5b〜5n…突起、6a、6b
〜6n…孔、7…ダイヤモンドバイト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cathode, 2 ... Suppressor, 3 ... Extraction electrode, 4 ... Second extraction electrode, 5a, 5b-5n ... Protrusion, 6a, 6b
~ 6n ... hole, 7 ... diamond tool

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/027 H01L 21/30 541B ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/027 H01L 21/30 541B

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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を引き出す
ための引き出し電極と、前記陰極で発生した電子ビーム
を前記ビーム軸方向に加速して前記電子ビームの通路を
形成する陽極とを具備した電子銃において、 前記陰極の先端面には複数個の突起が形成されているこ
とを特徴とする電子銃。
1. A cathode disposed in a vacuum vessel for generating an electron beam, an extraction electrode for extracting an electron beam generated by the cathode, and an electron beam generated by the cathode being accelerated in the beam axis direction. An electron gun comprising: an anode forming an electron beam passage; and a plurality of projections formed on a tip surface of the cathode.
【請求項2】 前記複数個の突起は、それぞれの突起の
形状が等しいか、または、ランダム形状であることを特
徴とする請求項1記載の電子銃。
2. The electron gun according to claim 1, wherein the plurality of protrusions have the same shape or a random shape.
【請求項3】 前記引き出し電極は、前記陰極の先端面
に形成された前記突起に対応した位置にそれぞれ孔が形
成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 electron gun according to claim 1, wherein the extraction electrode has holes formed at positions corresponding to the protrusions formed on the tip end surface of the cathode.
【請求項4】 前記引き出し電極の前記ビーム軸に沿っ
た前方には、第2引き出し電極が配設されていることを
特徴とする請求項1記載の電子銃。
4. The electron gun according to claim 1, wherein a second extraction electrode is provided in front of the extraction electrode along the beam axis.
【請求項5】 前記陰極は、ランタンヘキサボライドに
より形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求
項4のいずれか1項に記載の電子銃。
5. The electron gun according to claim 1, wherein the cathode is formed of lanthanum hexaboride.
【請求項6】 露光手段に、請求項1乃至請求項5のい
ずれか1項に記載の電子銃を用いていることを特徴とす
る露光装置。
6. An exposure apparatus using the electron gun according to claim 1 as exposure means.
【請求項7】 被加工体に対して、請求項1乃至請求項
5のいずれか1項に記載の電子銃を用いて露光すること
を特徴とする露光方法。
7. An exposure method, wherein a workpiece is exposed using the electron gun according to any one of claims 1 to 5.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007053129A (en) * 2005-08-15 2007-03-01 Nikon Corp Electron gun and electron beam exposure apparatus
JP2011040293A (en) * 2009-08-12 2011-02-24 Ulvac Japan Ltd Electron gun, and vacuum treatment device using the electron gun

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