JP2007294324A - 電子銃及びその電子銃を用いた電子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の電子銃では、長時間使用すると、特にウェーネルトの開口部で、放電するという問題があった。本発明は、従来の問題に対処して鑑みなされ、長時間使用しても、ウェーネルトの開口部付近で、放電などを起こさない新規な電子銃を提供するものである。
【解決手段】本発明は、カソード１２と、ウェーネルト１３及びアノード１４で構成される電子銃において、前記ウェーネルト１３を導電性の金属窒化物例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成し、ウェーネルト１３の開口部１３ａ付近で、放電などを起こさないようにした電子銃である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子銃及びこの電子銃を用いた電子ビーム描画装置に係り、特に電子銃のウェーネルトの構成材料を特定化した電子銃及びこの電子銃を用いた電子ビーム描画装置に関する。

従来、パターン寸法の微細化に伴い、パターンの製作には光露光に代わり、電子ビームを用いた露光が使用されるようになってきた。この電子ビーム描画方法は、可変成形したビームをウェーハ上に照射することにより、LSIパターンを形成する。この形成するLSIパターンは、微細化が進み、微細パターンを高速に描画することが要求され、その方法として、一括図形照射法、電子ビームステッパ等、大面積を電子ビームにて一度に照射する方式が採用されている。

上記の方法において、高速性を実現するために基本的な性能は、短時間当たりにウェーハ上に到達するビーム電流であり、上述の数々な方法はビーム電流増加のための一手段として採用されている。

ここで用いられるビームを発生する電子銃には、古くから六ホウ化ランタン（LaB6）、タンタル（Ta）を用いた加速光学系が用いられている。ビーム電流は、電子源の加熱状態、引き出し電圧等に依存するが、それぞれ最大のビーム電流が得られるように調整されている。

上述した代表的な例として、特願平９−１８０６６３号公報（特許文献１）が挙げられ、この場合の代表的な電子銃は、図４に示すように、支持体に支持されたカソード４２の電子ビーム放出面４２ａは、平面加工されている。なお、カソード４２を支持する支持体４１はグラファイトなどで構成される加熱部材となっている。電子ビームは、カソード４２の電子ビーム放出面４２ａから光軸ＡＸに沿ってウェーネルト４３、アノード４４を介して放出される。

しかし、上述した図４の電子銃では、電子ビームの高輝度、大電流密度化という観点に対しては考慮がなされていないという課題があった。

その課題を解決した一つの手段として、上記ウェーネルト４３の形状に工夫例えば図５の如く、傾きがあるようにして（擂鉢状）、電子ビームの高輝度、大電流密度化を図った例（特許文献２）がある。

しかしながら、図５に示す電子銃において、長時間使用すると、ウェーネルト５３の開口部分で、放電を起こすという問題が発生することが判明した。
本発明者らは種々検討を進めた結果、ウェーネルト５３自体の材質に問題があるのではと、研究を進めた結果、今まで使用している金属性の部材（SUS材）では、長時間使用すると、放電は避けられないことは判明した。
特開平９−１８０６６３号公報 特開２００１−２８３７５８号公報

上述した如く、従来の電子銃では、長時間使用すると、特にウェーネルト５３の開口部５３ａで、放電するという問題があった。
本発明は、上記問題に対処して鑑みなされ、長時間使用しても、ウェーネルト１３の開口部１３ａ付近で、放電などを起こさない新規な電子銃を提供するものである。また、本発明は、この新規な電子銃を用いた電子ビーム描画装置も提供することにある。

本発明の特徴は、カソードと、ウェーネルト及びアノードで構成される電子銃において、前記ウェーネルトを導電性の金属窒化物で構成してなる。
この場合、前記導電性の金属酸化物は、導電性の金属窒化物は窒化アルミニウム又は窒化チタン又は窒化タンタルで構成することが望ましい。
また、前記導電性の金属窒化物は、粉末状の金属酸化物及び金属窒化物を熱成形で製造されてことが望ましい。

また、本発明は電子銃から放出される電子ビームを可変成形して、ウェーハを描画する電子ビーム描画装置において、電子銃のウェーネルトを導電性の金属酸化物又は金属窒化物で構成したことを特徴とする。

本発明によれば、長時間使用しても、ウェーネルトの開口部付近で、放電などを起こさない新規な電子銃を提供可能となり、また、安定した電子ビームを放出できるため、マスク露光を良好に行える電子ビーム描画装置も提供可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
第１の実施形態では、電子銃を構成する、ウェーネルトの材料として、導電性の窒化アルミニウムを用いた場合の実施形態を示す。
この導電性の窒化アルミニウムは、窒化アルミニウ（ＡｌＮ）を主成分とし、希土類酸化物例えばＹ2Ｏ3を微量含み、セラミック溶剤、可逆剤、樹脂を加え、ボールミルで混合し、熱成形し、その後、所定形状にする。この導電性の窒化アルミニウムは、導電性も勿論、熱伝導性も通常のセラミックに比べ、かなり高い。
この導電性の窒化アルミニウムを、電子銃のウェーネルト部材として用いると、開口面で放電など起きることが、全くなかった。

本発明の導電性の窒化アルミニウムで用いた電子銃は、図１に示す構成で、従来の電子銃とは、基本的に材料が違うだけである。その具体的構成は、カソード支持体１１、この支持体に支持されたカソード１２、ウェーネルト１３、アノード１４とからなっている。この電子銃を用いると、カソードの電子ビーム放出面１２ａから放出した電子ビームは、ウェーネルト１３の開口部１３ａで、放電することはなかった。
その理由は、カソード１２の材料となるＬａＢ6が、ウェーネルト１３の開口部１３ａで、ウィスカ状に成長することなく、図２ａに示す如く、ボール状に成長するだけで、指針が存在しないため、放電することが生じない。
さらに詳細に説明（想定）すると、導電性の窒化アルミニウム表面は、表面粗さが大きく、疎水性表面となっているので、ＬａＢ6は接触角の大きく、ボール状に成長するだけである。

一方、従来のＳＵＳで構成するウェーネルトは、図２ｂに示す如く、指針状にＬａＢ6が成長するため、その指針の部分で、放電が生じてしまう。このように、指針状に成長する理由（想定）は、ＳＵＳ表面が、凹凸が少なく、略鏡面であり、また、親水性であることから、ＬａＢ6の濡れ性が高く、広く成長するためである。

なお、第１の実施形態において、導電性の窒化アルミニウムを、グリーンシート状にし、複数枚積層して構成しても良い。また、その製造方法も上述した方法に限ることではない。

（実施形態２）
第２の実施形態では、電子銃を構成する、ウェーネルトの材料として、導電性の窒化チタン（ＴｉＮ）を用いた場合の実施形態を示す。
この導電性の窒化チタン（ＴｉＮ）のは、窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分とし、他にＳｉＯ2，ＭｇＯ、ＣａＯなどを微量含み、セラミック溶剤、可逆剤、樹脂を加え、ボールミルで混合し、熱焼成し、その後に成形し、最後に、所定形状にする。この導電性の窒化チタンは、導電性も勿論、熱伝導性も通常のセラミック（アルミナ）に比べ、かなり高い。
この導電性の窒化チタンを、電子銃のウェーネルト部材として用いると、開口面で放電など起きることが、全くなかった。
また、上記第１の実施形態で用いた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と熱伝導性は略同等であり、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）よりも取扱い安いという効果もある。

本発明の導電性の窒化チタンで用いた電子銃は、上記第１の実施形態と全く同じで、図１に示す構成である。ウェーネルト１３の材料が、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から窒化チタンに代わっただけである。ただ、熱導電性などを考慮すると、窒化アルミニウムの厚みより多少、厚みを厚くする必要がある。

なお、上記第１及び２の実施形態では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化チタンを例に挙げたが、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎからなるセラミックでもよく、Ｍ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ（Ｍ＝Ｙ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｂｅランタニド系列から選ばれた少なくとも一種）であっても構わない。

また、熱導電性などから考慮すると、窒化アルミニウムから比べ、見劣りするが、ＴａＮであっても構わない。

（実施形態３）
次に、上記の電子銃（第１の実施形態）を用いた電子ビーム描画装置につき、第３の実施形態として説明する。

本実施形態に用いた電子ビーム描画装置の概略を、図３に示す。従来の描画装置との違いは、電子銃のみであるので、詳しい説明は省略する。
電子銃のカソード２２から放出された電子ビーム（ＥＢ）は、加速光学系によって加速され、第１のアパーチャー２５によって所定形状に成形される。成形されたビームEBは、第２のアパーチャー２６を介して、最終的にはステージ２９上のウェーハＷを照射する。このステージ２９は、駆動機構３０、位置検出器（レーザ波長器）３１により、ビームＥＢをウェーハＷ上の任意の場所に移動できるようになっている。
なお、第１のアパーチャー２５を介したビームは、レンズ２７を介し、第２のアパーチャー２６を介することで、任意のパターンが得られ、さらに偏向器２８で任意ビームに成形される。ここで、用いられる偏向器２８、アパーチャー２５，２６は駆動電源３２のよって駆動され、また、その制御は制御装置３３によって行われる。

この装置を駆動することにより、ウェーハＷ表面を描画でき、任意のパターンを得ることができる。

本発明の場合、上述した如く、カソードからの電子ビームＥＢは、ウェーネルト部分で、放電などが生じないことから安定な電子ビームＥＢが供給可能となる。
また、従来は、ウェーネルト部分で放電を起こすことから、大きな電流を流すことができなかったが、導電性のなど窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いることで、従来の1.5倍位大きな電流を流すことが可能になった。

本発明の実施形態１を説明するための電子銃の概略図。 本発明の効果を説明するための電子銃の概略図。 本発明の実施形態３を説明するための電子ビーム描画装置の概略図。 従来の電子銃を説明するための図。 従来の電子銃を説明するための図。

符号の説明

１１・・・カソード支持体
１２・・・カソード
１２ａ・・電子ビーム放出面
１３・・・ウェーネルト
１３ａ・・開口部
１４・・・アノード

Claims (5)

1. カソードと、ウェーネルト及びアノードで構成される電子銃において、前記ウェーネルトを導電性の金属窒化物で構成してなることを特徴とする電子銃。
2. 前記導電性の導電性の金属窒化物は窒化アルミニウムであることを特徴とする前記請求項１記載の電子銃。
3. 前記導電性の導電性の金属窒化物は窒化チタン又は窒化タンタルであることを特徴とする前記請求項１記載の電子銃。
4. 前記導電性の金属窒化物は、粉末状の金属窒化物を熱成形で製造されてなることを特徴とする前記請求項１記載の電子銃。
5. 電子銃から放出される電子ビームを可変成形して、ウェーハを描画する電子ビーム描画装置において、前記請求項１記載の電子銃を用いてなることを特徴とする電子ビーム描画装置。

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