JP2005183335A

JP2005183335A - 電子銃及び電子線投影露光装置

Info

Publication number: JP2005183335A
Application number: JP2003426237A
Authority: JP
Inventors: Takehisa Yahiro; 威久八尋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】比較的低い温度で熱電子を放出でき、省電力化及び照度一様性を得られる電子銃及びそのような電子銃を備えた電子線投影露光装置を提供する。
【解決手段】電子銃１は、電子源部材（チップ）３と、チップ３の電子放出面３ａ以外の部分を囲むホルダー７を備える。チップ３はＬａＢ_６製であり、ホルダー７は高融点でかつ仕事関数の高い材料で作製される。チップ３はカーボン製のピース５、５ａを介してホルダー７に嵌め込まれている。ＬａＢ_６は低い温度（１２００℃程度）で熱電子を放出するという特性があるため、チップ３の電子放出面３ａの温度を均一にしやすくなり、一様な電子密度で熱電子を放出できる。また、ホルダー７から放出される熱電子を少なく抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィーに用いられる電子線露光装置に搭載される電子銃等に関する。

電子線露光装置においては、スループットの向上を目的として、大面積一括転写露光方式の開発が進められている。この大面積一括転写露光方式の露光装置においては、線幅精度を確保するためには、マスク面上の広い領域を一様な照度で照明することが不可欠である。また、幾何収差と空間電荷効果による収差を低減するために、マスク上での照明ビームの収束角が適正であることが要求される。というのは、収束角が大きいほど空間電荷効果は小さくなるが、幾何収差は大きくなる。一方、収束角が小さければ幾何収差は小さいが、空間電荷効果が大きくなり、ビームのボケを最小とするのは、空間電荷効果と幾何収差のバランスがとれた収束角とする必要があるからである。

一般的な電子線露光装置のマスク上の照明領域の寸法は１ｍｍ角であり、照明一様性は±０．５％以内であることが要求されている。また、マスク上での照明ビームの収束角は１．５ｍｒａｄ以上であることが要求されている。

このような要求を満たすために、従来では、平面電子源の電子放出面に、タンタルの１１１結晶方位面、または、１１０結晶方位面を用いている。これらの面は、仕事関数が低く電子が出やすい面である。タンタルは非常に安定した素材であり、１×１０^−５Ｐａ以下の高真空環境においても安定に動作する。また、イオン衝撃にも強い。

さらに、広い領域を一様な照度で照明し、かつ、マスク上で適切なビーム収束角を得るためには、電子源の平面部（電子放出面）を大きくして、同部の温度を均一にすることが必要である。また、電子源を温度制限領域で作動させること、電子の放出角を大きくすることが必要である。

図４は、従来の電子源部の構成の一例を示す図である。
電子源部７１は、電子源部材（チップ）７３と、チップ７３を保持するホルダー７７を備える。チップ７３はタンタル製であり、チップ７３の平面部（図の下側の面、電子放出面）７３ａは、タンタルの１１１結晶方位面（または、１１０結晶方位面）となっている。ホルダー７７はタングステンで作製される。チップ７３はホルダー７７に埋め込まれて保持されている。電子源部７１には、−１００ｋＶの電位が印加される。
電子源部７１の下方にはアノード８３が配置されている。

電子源部７１の上方には、渦巻き型のフィラメント電極８１が配置されている。同フィラメント電極８１には、−１０３ｋＶの電位が印加される。同電極８１に通電することにより、同電極８１を直接加熱し、熱電子を放出させる。熱電子は、電極８１とチップ７３との電位差（３ｋＶ）によって加速され、チップ７３全体に電子が照射され、熱が発生する。この熱によりホルダー７７を含むチップ７３全体が２０００℃程度まで加熱される。これにより、チップ７３の電子放出部７３ａの温度はほぼ一様になり、理想的には一様な電子密度で電子が放出される。

投影露光方式の電子線露光装置においては、チップ７３の電子放出面７３ａを広くすることが求められるが、チップ７３の体積が大きくなるため、チップ７３を２０００℃の高温に加熱するには大きな電力を要する。また、２０００℃に加熱された高温の物体を保持するための周辺の機械構造の材質の選択や設計が困難である。また、タングステン製のホルダー７７を含めた電子源部７１の全体が加熱されるので、ホルダー７７の温度がチップ７３よりも高くなる。すると、チップ（タンタル）７３の表面とホルダー（タングステン）７７の表面との仕事関数の差が小さくなり、ホルダー７７の表面７７ａからも多量の熱電子が放出されてしまう。

このように光軸から遠い位置にあるホルダー表面７７ａから放出された熱電子は、加速されて照明ビーム成形開口などの構造物に照射される。すると、構造物が熱を発生して溶解するなどの問題がある。また、この熱電子が、レンズの収差の影響を受けつつマスク面に到達すると、照明一様性を悪化させる。さらに、熱電子がマスクに照射された際に発生する無駄な電流により、マスク上で必要な電流値を得るための放出電子電流が大きくなり、大容量の高圧電源が必要になり、全体としてコストアップする。

上記の点に鑑み、本発明は、比較的低い温度で熱電子を放出でき、省電力化及び照度一様性を得られる電子銃及びそのような電子銃を備えた電子線投影露光装置を提供することを目的とする。

本発明の電子銃は、電子放出面を有する電子源部材（チップ）と、該チップの、前記電子放出面以外の部分を囲むホルダーと、該ホルダーを加熱するヒーターと、を含む電子銃であって、前記チップが六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）からなり、前記ホルダーが、高融点でかつ仕事関数の低い材料からなり、前記ホルダーを介して前記チップを加熱することを特徴とする。

ＬａＢ_６はタンタルよりも低い温度（１２００℃程度）で熱電子を放出するという特性があるため、チップをＬａＢ_６で作製することにより、電子放出面の温度を均一にしやすくなり、一様な電子密度で熱電子を放出できる。また、ＬａＢ_６製チップを温度制限領域内の温度（例えば１２００℃）で作動させ、ホルダーを、作動温度における仕事関数が高く（例えば、３．５ｅＶ以上）融点の高い材料（例えば、タングステン、タンタル）で作製することにより、ホルダーから放出される熱電子を少なく抑制することができる。

本発明の電子線投影露光装置は、原版（マスク、レチクル）上のパターンを感応基板上に転写する電子線投影露光装置であって、前記原版に照明ビームを照射する照明光学系と、前記原版を移動・位置決めする原版ステージと、前記原版を通過した投影ビームを前記感応基板に投影する投影光学系と、前記感応基板を移動・位置決めする感応基板ステージと、を備え、前記照明光学系の電子線源が請求項１記載の電子銃であることを特徴とする。

本発明においては、前記照明光学系をケーラー照明方式とすれば、クロスオーバー像でレチクル面を照射するので、レチクル面上で照明一様性を得ることができる。そして、適当なビーム収束角度（例えば、２ｍｒａｄ）とすることにより、レチクル上でのクーロン効果及び幾何収差の影響をできるだけ低く抑えることができる。

また、前記照明光学系を、１×１０^−６Ｐａ以上の高真空雰囲気下に配置すれば、チップを安定に作動できる。

本発明によれば、レチクル面上での照明一様性を有する電子銃を提供できる。また、電子銃のホルダーから放出される熱電子による弊害（構造物の損傷、照明一様性の劣化など）を軽減できるとともに、ホルダーの設計が容易になる。さらに、高圧電源の消費電力を抑えることができる。そして、そのような電子銃を備えることにより、パターンの転写精度を向上できる電子線投影露光装置を提供できる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る電子銃の電子源部の構成を模式的に示す図である。
電子源部１は、ＬａＢ_６で作製された平面電子源部材（チップ）３を備える。チップ３の平面部（図の下側の面）は電子放出面３ａであり、同面の大きさは、数ｍｍ〜１０ｍｍ角である。このチップ３は、電子放出面３ａが下方を向くように、四ヶ所でピース５を介してホルダー７に嵌め込まれている。ピース５は例えばカーボンで作製される。ホルダー７は、ＬａＢ_６よりも融点の高い材料（例えばタングステン、タンタル）で作製される。そして、チップ３の電子放出面３ａの反対側の面（図の上側の面）とホルダー７のスキマにもカーボン製のピース５ａが嵌め込まれている。これらのピース５によりチップ３とホルダー７とは直接接触していない。このカーボン製のピース５は、ＬａＢ_６とタングステンが直接接触して反応することを避けるためのスペーサである。チップ３には、−１００ｋＶの電位が印加される。

電子源部１の上方には、渦巻き型のフィラメント電極（ヒーター）１１が配置されている。同フィラメント電極１１には、−１０３ｋＶの電位が印加される。チップ３の下方には、アノード１３が配置されている。

フィラメント電極１１に通電すると同電極１１が直接加熱され、熱電子が放出される。熱電子は、電極１１とチップ３との電位差（３ｋＶ）によって加速されて電子源部１全体に照射され、同部１で熱を発生させる。チップ３の材料であるＬａＢ_６は１２００℃程度の低い温度で電子を放出するため、電子源部１全体が１２００℃程度となるまで電極１１から熱電子を放出させる。なお、１２００℃程度ではタングステン製のホルダー７の表面から熱電子は全く放出されず、熱電子はＬａＢ_６製のチップ３の電子放出面３ａからのみ放出される。

このように、チップ３は１２００℃程度に加熱すればよいので、従来の加熱温度（２０００℃程度）に比べて大幅に低く、加熱に必要な電力を半分程度に低減できる。また、熱電子はチップ３からのみ放出され、ホルダー７からは放出しないので、照明に寄与しない無駄な電流の発生がない。このため、無駄な電流が構造物に照射された際に発生する問題（構造物の変形、照度一様性の低下など）を軽減できる。さらに、電子の利用効率が高くなるので、高圧電源に要求される容量が小さくてすみ、電子銃のコストを低減できる。

一方、ＬａＢ_６をチップとして使用した場合、以下の問題が発生する。
（１）ＬａＢ_６はイオン衝撃などによる劣化を受けやすい。また、表面に格子欠陥などができやすい。これらのことより、放出面３ａから均一な密度で電子を放出することが難しい。
（２）ＬａＢ_６を安定して可動するためには、真空度を１×１０^−６Ｐａ以上の高真空にする必要がある。

次に、上記の点を考慮した電子銃を備えた電子線投影露光装置について説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る電子線投影露光装置の構成を模式的に説明する図であり、図２（Ａ）は露光装置の全体図、図２（Ｂ）は照明光学系を示す図である。
露光装置の最上流には、ケーラー照明方式の照明光学系（詳細後述）２０が配置されている。照明光学系２０から照射された照明ビームＩＢは、レチクル（原版）ステージ３１上に載置されたレチクル３０に照射される。レチクル（原版）３０の下方には２段の投影レンズ３３、３５や偏向器（図示されず）を含む投影光学系が配置されている。投影レンズ３３、３５の間にはコントラスト開口３７が配置されている。

レチクル３０のパターンＰを通過したビーム（投影ビーム）ＰＢは、上段の投影レンズ３３で収束されてコントラスト開口３７にクロスオーバーを形成する。コントラスト開口３７は、レチクル１０を散乱を受けつつ透過したビームをカットする。

下段の投影レンズ３５の下方には、ウェハ（感応基板）ステージ４１が配置されている。同ステージ４１上には、チャックが配置されている。感応基板（ウェハ）４０はチャックに吸着されて保持される。投影ビームＰＢは、下段の投影レンズ３５によってウェハ４０上に塗布されたレジストに結像し、レジスト上にレチクルのパターン像Ｐ´が形成される。

次に、図２（Ｂ）を参照して、ケーラー照明方式の照明光学系２０の構成について説明する。
照明光学系２０の最上流には、電子銃１が配置されている。この電子銃１は、図１に示した電子銃を使用できる。電子銃１の下方にはコンデンサレンズ２１が配置されており、コンデンサレンズ２１の下方には成形アパーチャ２３が配置されている。電子銃１の電子放出面（図１の符号３ａ）から放出された電子線はコンデンサレンズ２１で収束され、成形アパーチャ２３の面でクロスオーバーを形成する。
成形アパーチャ２３の下方には二段の照明レンズ２５、２７が配置されている。成形アパーチャ２３を通過した照明ビームはこれらのレンズ２５、２７により、マスクステージ（図２（Ａ）の符号３１）上に配置されたマスク３０上に照射される。マスク３０上でのビームの収束角θは、幾何収差及び空間電荷効果の影響のバランスのとれる範囲内であり、２ｒａｄとする。

また、電子銃１の電子源部（図１の符号３）を温度制限領域において安定に作動させるために、電子銃１は、１×１０^−６Ｐａの真空度の真空雰囲気内に配置されている。

このように、ケーラー照明方式では、クロスオーバー面において成形アパーチャ２３で成形された照明ビームでマスク３０を照明している。このため、電子銃１の電子放出面３ａに欠陥が存在していても、マスク面にはこのような欠陥による暗点や輝点が結像することなく、照明ビームの輝度分布が平均化される。したがって、電子放出面３ａがイオン衝撃などで劣化したり、格子欠陥ができても、このような欠陥を目立たなくして一様な照度でマスク３０を照明できる。

ここで、従来の照明法である臨界（クリティカル）照明方式を用いた場合を説明する。
図３は、臨界照明方式の照明光学系の一例を示す図である、
この照明光学系５０では、最上流の電子銃５１の下方に二段のコンデンサレンズ５３、５４が配置されている。コンデンサレンズの下方には成形アパーチャ５５が配置されている。この成形アパーチャ５５の下方には二段の照明レンズ５６、５７が配置されている。

この照明光学系においては、二段のコンデンサレンズ５３、５４によって成形アパーチャ５５に結像した照明ビームが、照明レンズ５６、５７を介してレチクル５９に照射されている。この場合、電子銃５１の電子放出面が直接レチクル５９に照明されることになり、電子放出面に欠陥等が存在した場合、その欠陥がそのままレチクルに照明されてしまい、レチクル面上で照明一様性が得られなくなる。

したがって、露光装置に本発明の電子銃１を用いる場合は、ケーラー照明方式の照明光学系が適している。

本発明の実施の形態に係る電子銃の電子源部の構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態に係る電子線投影露光装置の構成を模式的に説明する図であり、図２（Ａ）は露光装置の全体図、図２（Ｂ）は照明光学系を示す図である。臨界照明方式の照明光学系の一例を示す図である、従来の電子源部の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１電子源部３電子源部材（チップ）
５ピース７ホルダー
１１ヒーター１３アノード
２０照明光学系２１コンデンサレンズ
２３成形アパーチャ２５、２７照明レンズ
３０レチクル３１レチクルステージ
３３、３５投影レンズ３７コントラスト開口
４０ウェハ４１ウェハステージ

Claims

電子放出面を有する電子源部材（チップ）と、
該チップの、前記電子放出面以外の部分を囲むホルダーと、
該ホルダーを加熱するヒーターと、
を含む電子銃であって、
前記チップが六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）からなり、
前記ホルダーが、高融点でかつ仕事関数の低い材料からなり、
前記ホルダーを介して前記チップを加熱することを特徴とする電子銃。
原版（マスク、レチクル）上のパターンを感応基板上に転写する電子線投影露光装置であって、
前記原版に照明ビームを照射する照明光学系と、
前記原版を移動・位置決めする原版ステージと、
前記原版を通過した投影ビームを前記感応基板に投影する投影光学系と、
前記感応基板を移動・位置決めする感応基板ステージと、
を備え、
前記照明光学系の電子線源が請求項１記載の電子銃であることを特徴とする電子線投影露光装置。
前記照明光学系がケーラー照明方式であることを特徴とする請求項２記載の電子線投影露光装置。
前記照明光学系が、１×１０^−６Ｐａ以上の高真空雰囲気下に配置されていることを特徴とする請求項２記載の電子線投影露光装置。