JP2002170511A - 電子線装置、電子線露光装置、及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

電子線装置、電子線露光装置、及び半導体デバイスの製造方法

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JP2002170511A
JP2002170511A JP2000363157A JP2000363157A JP2002170511A JP 2002170511 A JP2002170511 A JP 2002170511A JP 2000363157 A JP2000363157 A JP 2000363157A JP 2000363157 A JP2000363157 A JP 2000363157A JP 2002170511 A JP2002170511 A JP 2002170511A
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electron beam
cathode
opening
mask
anode
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Mamoru Nakasuji
護 中筋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速の電子線が入射して材料が蒸発し、カソ
ードに付着しても、電子線の一様性が悪くならない電子
線装置を提供する。 【解決手段】 カソード2から放出された電子線は、ア
ノード4で加速され、制御アノード3によって、ほぼ光
軸に平行なビーム束に制御される。光軸にほぼ平行なビ
ーム束となった電子線は、コンデンサレンズ5によって
クロスオーバを形成するが、そのクロスオーバー位置に
トリム開口6が設けられている。トリム開口6を通過し
た電子線は、コンデンサレンズ7により、カソード2の
像を成形開口8面に形成する。アノード4、トリム開口
6、成形開口8は、電子線の一部が高速で衝突して遮蔽
されるので、高温となり、これらを形成するTaが蒸発し
てその一部がカソード2に付着するが、カソードと同じ
材質であるので、カソードに付着しても問題が発生しな
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡、電子
線露光装置等、カソードから放出される電子を加速して
使用する電子線装置、それを使用した電子線露光装置、
及びそれを使用した半導体デバイスの製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】電子顕微鏡、電子線露光装置等、カソー
ドから放出される電子を加速して使用する電子線装置の
カソード材料としては、従来LaB6の単結晶が用いられ
てきた。このような電子銃においては、使用に伴ってLa
6が蒸発することによりカソードの形状が変化し、所
定の性能が出なくなり、これにより電子銃の寿命が決定
されていた。
【0003】このような問題点を解決するものとして、
最近ではTaをカソード材料とする電子銃が開発されてき
ている。Taの蒸気圧は、2230Kで1×10-8Torrと低く、
2000K以上の温度で使用する場合でも、長寿命が期待で
きる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】電子線装置では、カソ
ードから放出された電子は、アノードにより加速され、
さらに成形開口、トリム開口(開き角制限開口)によっ
て、所定の形状や開き角を有するものとされる。これ
ら、アノードや成形開口、トリム開口等、高速の電子が
入射する機器においては、衝突する電子のエネルギーの
為に、局部的な温度上昇が起こり、そのためこれらの機
器を構成している金属が蒸発する。
【0005】蒸発した金属は、真空雰囲気中を直進し、
その一部はカソードに付着する。これらの金属は、カソ
ードに一様に付着することは無く、不均一な島状文様を
カソード面に形成する。その結果、カソードからの電流
密度が不均一になったり、クリティカル・ケーラー照明
を利用している場合、照射面での電子線の一様性が悪く
なる等の問題点が発生する。また、蒸発によってこれら
の機器の形状が変化することにより、所定の性能が得ら
れなくなるという問題点もある。
【0006】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、高速の電子線が入射して材料が蒸発し、カソ
ードに付着しても、電子線の一様性が悪くならない電子
線装置、高速の電子線が入射しても材料が蒸発しにくい
電子線装置を提供することを主たる課題とし、さらにこ
のような電子線装置を応用した電子線露光装置、それを
使用した半導体デバイスの製造方法を提供することを課
題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、カソードから放出される電子を加速し
て使用する電子線装置であって、電子を加速したり、電
子線の開口や視野角を制限する機器のうち少なくとも一
つが、カソードと同じ材料で形成されていることを特徴
とする電子線装置(請求項1)である。
【0008】本手段においては、高速の電子が、電子を
加速したり、電子線の開口や視野角を制限する機器に衝
突し、その結果これらの機器を構成する金属が蒸発して
カソードに付着しても、これらの機器とカソードの材質
が同じであるので、カソード面から放出される電子の一
様性が崩れることがない。
【0009】前記課題を解決するための第2の手段は、
カソードから放出される電子を加速して使用する電子線
装置であって、電子を加速したり、電子線の開口や視野
角を制限する機器のうち少なくとも一つが、2000Kでの
蒸気圧が10-8Torrより小さい材料で形成されていること
を特徴とする電子線装置(請求項2)である。
【0010】加速された電子が、電子を加速したり、電
子線の開口や視野角を制限する機器に衝突しても、これ
らの機器の温度が2000Kを超えることはない。よって、
これらの機器を、2000Kでの蒸気圧が10-8Torrより小さ
い材料で形成しておけば、これらの機器を形成する金属
が蒸発しても、その量は極僅かであり、カソードに付着
しても実用上問題となることはない。よって、長期間に
亘って、一様な電子線を得ることができる。また、蒸発
量が僅かであるので、これらの機器の形状が変化するこ
とが少なく、長時間の使用に耐える。
【0011】これらの材料としては、タンタル、タング
ステン、レニウムを使用することが好ましい。これらの
材料の2000Kでの蒸気圧は10-8Torrよりはるかに小さい
ので、蒸発量を十分少なく抑えることができる。
【0012】前記課題を解決するための第3の手段は、
マスク又はレチクルに形成されたパターンの像を、マス
ク上に露光転写する電子線露光装置であって、前記第1
の手段又は第2の手段であることを特徴とする電子線露
光装置(請求項3)である。
【0013】本手段においては、マスク又はレチクルの
照明の一様性が長期間に亘って保たれるので、微細なパ
ターンの転写を正確に行うことができると共に、電子線
源の寿命が長く、交換や、それに際して必要な機器の調
整の頻度が少なくなるので、高能率のものとすることが
できる。
【0014】前記課題を解決するための第4の手段は、
前記第3の手段を使用し、マスク又はレチクルに形成さ
れたパターンの像を、マスク上に露光転写する工程を有
してなることを特徴とする半導体デバイスの製造方法
(請求項4)である。
【0015】本手段においては、微細なパターンの転写
を正確に行うことができると共に、露光装置を停止する
期間が少なくなるので、高密度パターンを有する半導体
デバイスを、高スループットで製造することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の1
例である電子線露光装置における電子銃付近の構成を示
す概要図である。図1において、1は フィラメント、
2はカソード、3は制御アノード、4はアノード、5は
コンデンサーレンズ、6はトリム開口、7はコンデンサ
ーレンズ、8は成形開口である。
【0017】タングステンからなる フィラメント1か
ら放出された電子線によって、Taからなるカソード2
が、1950K程度にまで電子衝撃加熱され、それによりカ
ソード2面からは電子線が放出される。カソード2から
放出された電子線は、Taで形成されたアノード4で加速
され、Moで形成された制御アノード3によって、ほぼ光
軸に平行なビーム束に制御される。
【0018】光軸にほぼ平行なビーム束となった電子線
は、コンデンサーレンズ5によってクロスオーバーを形
成するが、そのクロスオーバー位置に、電子線の開き角
を制限し、ガウス分布のすその部分を取り除いて、ほぼ
矩形の形状を有する開き角分布とするためのトリム開口
6が設けられている。トリム開口6はTaで形成されてい
る。
【0019】トリム開口6を通過した電子線は、コンデ
ンサーレンズ7により、カソード2の像を成形開口8面
に形成する。成形開口8はTaで形成されており、使用さ
れる電子線の形状を決定する。
【0020】以上説明したように、この実施の形態にお
いては、アノード4、トリム開口6、成形開口8は、カ
ソード2と同じTaで形成されている。これらの機器に
は、電子線の一部が高速で衝突して遮蔽されるので、高
温となり、これらを形成するTaが蒸発してその一部がカ
ソード2に付着するが、カソードと同じ材質であるの
で、カソードに付着しても問題が発生しない。また、こ
れらの機器は高温となっても蒸発量が少ないので、特に
トリム開口6、成形開口8の形状が変化することがな
く、長時間の使用に耐える。制御カソード3はそれほど
高温とならないが、Moを使用して高温となっても金属が
蒸発しないようにしている。
【0021】カソードがLaB6単結晶の如き高価な材料
である場合は、これで開口やアノードを作ると非常に高
価なものとなるので、高温となっても蒸発量の少ない別
の材料で作るのが好ましい。具体的には、タンタル、タ
ングステン、レニウム等の、2000Kでの蒸気圧が10-8To
rrより小さい材料で形成することが好ましい。この程度
の材料であれば、蒸発量が小さいので、カソードに付着
しても実用上問題になることはない。
【0022】図2は、本発明の実施の形態の1例である
荷電粒子露光装置の光学系全体の概要図である。図2に
おいて、11は荷電粒子線源、12は照明用レンズ、1
3はビーム成形アパーチャ、14は開口絞り、15はマ
スク、16は投影用レンズ、17は開口絞り、18はウ
ェハである。
【0023】カソードがTaからなる荷電粒子線源11か
ら放出された荷電粒子線は、照明用レンズ12によりマ
スク15上を均一に照明する。マスク15上に形成され
たパターンの像は、投影用レンズによりウェハ18上に
結像し、ウェハ18上のレジストを感光させる。散乱電
子線をカットし、開口角を制限するために、開口絞り1
4、17が設けられている。本実施の形態においては、
開口絞り14を電子線源11のカソードと同じTaで構成
している。
【0024】本実施の形態においては、マスク15と光
学的に共役な位置にビーム成形アパーチャ13が設けら
れている。このビーム成形アパーチャ13を、本実施の
形態においては、電子線源11のカソードと同じTaで構
成している。
【0025】以下、本発明に係る半導体デバイスの製造
方法の実施の形態の例を説明する。図3は、本発明の半
導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートであ
る。この例の製造工程は以下の各主工程を含む。 ウェハを製造するウェハ製造工程(又はウェハを準備
するウェハ準備工程) 露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程(又
はマスクを準備するマスク準備工程) ウェハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング
工程 ウェハ上に形成されたチップを1個ずつ切り出し、動
作可能にならしめるチップ組立工程 できたチップを検査するチップ検査工程 なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程から
なっている。
【0026】これらの主工程の中で、半導体のデバイス
の性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェハプロセッ
シング工程である。この工程では、設計された回路パタ
ーンをウェハ上に順次積層し、メモリやMPUとして動
作するチップを多数形成する。このウェハプロセッシン
グ工程は以下の各工程を含む。 絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を
形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程(CVDや
スパッタリング等を用いる) この薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程 薄膜層やウェハ基板等を選択的に加工するためにマス
ク(レチクル)を用いてレジストのパターンを形成する
リソグラフィー工程 レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエ
ッチング工程(例えばドライエッチング技術を用いる) イオン・不純物注入拡散工程 レジスト剥離工程 さらに加工されたウェハを検査する検査工程 なお、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り
返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造す
る。
【0027】図4は、図3のウェハプロセッシング工程
の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャート
である。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含
む。 前段の工程で回路パターンが形成されたウェハ上にレ
ジストをコートするレジスト塗布工程 レジストを露光する露光工程 露光されたレジストを現像してレジストのパターンを
得る現像工程 現像されたレジストパターンを安定化させるためのア
ニール工程 以上の半導体デバイス製造工程、ウェハプロセッシング
工程、リソグラフィー工程については、周知のものであ
り、これ以上の説明を要しないであろう。
【0028】本実施の形態においては、リソグラフィー
工程における露光転写に、本発明に係る荷電粒子線露光
装置を用いているので、微細なパターンの転写を正確に
行うことができると共に、露光装置を停止する期間が少
なくなるので、高密度パターンを有する半導体デバイス
を、高スループットで製造することができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1及び請求項2に係る発明においては、カソード面か
ら放出される電子の一様性が崩れることがない。よっ
て、電子線を使用する場合に平面的に一様なものとし
て、長期間使用することが可能となる。
【0030】請求項3に係る発明においては、微細なパ
ターンの転写を正確に行うことができると共に、電子線
源の寿命が長く、交換や、それに際して必要な機器の調
整の頻度が少なくなるので、高能率のものとすることが
できる。
【0031】請求項4に係る発明においては、微細なパ
ターンの転写を正確に行うことができると共に、露光装
置を停止する期間が少なくなるので、高密度パターンを
有する半導体デバイスを、高スループットで製造するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の1例である電子線露光装
置における電子銃付近の構成を示す概要図である。
【図2】本発明の実施の形態の1例である荷電粒子露光
装置の光学系全体の概要図である。
【図3】本発明の半導体デバイス製造方法の一例を示す
フローチャートである。
【図4】リソグラフィー工程を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
1…フィラメント、2…カソード、3…制御アノード、
4…アノード、5…コンデンサーレンズ、6…トリム開
口、7…コンデンサーレンズ、8…成形開口、11…荷
電粒子線源、12…照明用レンズ、13…ビーム成形ア
パーチャ、14…開口絞り、15…マスク、16…投影
用レンズ、17…開口絞り、18…ウェハ
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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カソードから放出される電子を加速して
    使用する電子線装置であって、電子を加速したり、電子
    線の開口や視野角を制限する機器のうち少なくとも一つ
    が、カソードと同じ材料で形成されていることを特徴と
    する電子線装置。
  2. 【請求項2】 カソードから放出される電子を加速して
    使用する電子線装置であって、電子を加速したり、電子
    線の開口や視野角を制限する機器のうち少なくとも一つ
    が、2000Kでの蒸気圧が10-8Torrより小さい材料で形成
    されていることを特徴とする電子線装置。
  3. 【請求項3】 マスク又はレチクルに形成されたパター
    ンの像を、マスク上に露光転写する電子線露光装置であ
    って、請求項1又は請求項2に記載の電子線装置である
    ことを特徴とする電子線露光装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の電子線露光装置を使用
    し、マスク又はレチクルに形成されたパターンの像を、
    マスク上に露光転写する工程を有してなることを特徴と
    する半導体デバイスの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104250687A (zh) * 2013-06-26 2014-12-31 苹果公司 电子束调节
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