JP2012069364A - 電子銃および電子銃を用いた電子ビーム描画装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子を放出するエミッタ10を有する電子銃において、エミッタ10を、電子放射特性を有する第1の材料からなる第1の部材11と、第1の材料より仕事関数が大きい第2の材料からなる、第1の部材11を被覆する第2の部材12とを有するように構成し、さらに、第1の部材11と第2の部材12との間に溝15を設ける。溝の長さ(H+W)は50μm以上であることが好ましい。
【選択図】図3
Description
半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン(マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。)を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。こうした微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細パターンを描画可能な電子ビーム描画装置が用いられる。また、レーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発も試みられている。尚、電子ビーム描画装置は、ウェハに直接パターン回路を描画する場合にも用いられる。
電子銃は、電子源であるカソードと、アース電極をもつアノードを備える。また、カソードは、電子を放出するエミッタと、カソードに印加する電圧よりも低い電位を与えられてカソードから出射される電子を収束させるウェネルトを有する。
エミッタは、電子放射特性を有する第1の材料からなる第1の部材と、
第1の材料より仕事関数が大きい第2の材料からなり、第1の部材を被覆する第2の部材とを有するとともに、
第1の部材と第2の部材との間に形成された溝を有することを特徴とするものである。
溝は、端面の周縁に形成され、周縁部分から第1の層と前記第2の層とが接する部分までの長さが50μm以上であることが好ましい。
溝は、断面形状が、矩形または三角形であることが好ましい。
電子銃は、電子を放出するエミッタを有し、
エミッタは、電子放射特性を有する第1の材料からなる第1の部材と、
第1の材料より仕事関数が大きい第2の材料からなり、第1の部材を被覆する第2の部材とを有するとともに、
第1の部材と第2の部材との間に形成された溝を有することを特徴とするものである。
こうした電子銃では、一定時間の使用により、放出される電子ビームの電流密度が変動してしまう。
そこで、本発明者は、鋭意検討を続けた結果、以下の現象を見出した。
電子銃の一定時間の使用の後に、エミッタ構成材である六硼化ランタン(LaB6)層1では、被覆材であるカーボン層(C)2との境界付近に脆弱な層3が形成される。この六硼化ランタン(LaB6)層1の脆弱な層3は、被覆材であるカーボン(C)が六硼化ランタン(LaB6)と反応することにより形成されたと考えられる。脆弱な層3は、カーボン(C)層2から六硼化ランタン(LaB6)層1が露出しているエミッタの電子放出面4を侵食する。
このような状態のエミッタをカソードに用い、電子ビーム描画装置の電子銃に組み込んだまま、電子ビーム描画装置を動作させてエミッタの加熱を続けると、脆弱な層3から蒸発または離脱が起こると考えられる。すると、図2に示すように、エミッタの電子放出面4aの形状は変化する。そして、図2に示すように、エミッタの電子放出面4aの形状は乱れて円形ではなくなる。このため電子放出面4aから出た電子ビームの電流密度分布の均一な領域の形状も、上述した図12(b)に示すように円形でなくなり、電流密度の均一な領域が狭まる結果となる。
以下、本実施の形態を説明する。
そして、エミッタ10では、LaB6層11の先端部分から溝15が形成された形状となっている。溝15はLaB6層11の先端部および電子放出面14の周囲を包囲し、断面形状は矩形となっている。
図5は、上記別の例となるエミッタの模式的断面図である。
すなわち、上述した図4に示すエミッタ10の製造方法と同様の方法を用い、ステップS101で、LaB6層21の表面を化学エッチングにより荒らしておき、その後、ステップS103で表面研磨し、エミッタ20の電子放出面24を形成し、エミッタ20を製造することが可能である。
図6に示すように、溝135では、直径(D)の電子放出面134に対し、溝幅Wとコーン長Lとコーン角θとがそれぞれ定義される。
こうしたエミッタ130の製造方法については、所望の形状に加工された六硼化ランタン(LaB6)を用い、上述の電子銃の第1例に組み込まれるエミッタ10と同様とすることが可能である。
W/D<−0.0008×2θ+0.17 式(1)
具体的には、コーン角θを用いて算出される、(−0.0008×2θ+0.17)の値が、溝幅Wと電子放出面134の直径Dとを用いて算出される比(W/D)より大きい場合、(Itip/Itotal)は90%以上となる。
電子放出面144における結晶面はどんな面でもよいが、(100)結晶面や(310)結晶面とすることが好ましい。電子放出面144を(100)面とすることによりエミッタ140の高い安定性が得られる。そして、(310)結晶面とすることにより、高輝度のエミッタ140を提供することができる。
溝145の長さは、50μm以上とすることが好ましい。具体的には、エミッタ140の電子放出面144の周縁部から、カーボン層142とLaB6層141との接触点までは、50μm以上とすることが好ましい。図8のエミッタ140では、溝145は断面形状が矩形であり、溝145の長さは、溝145の深さ(H)となる。
尚、溝145の幅(W)については、溝145に包囲されるLaB6層141の側面から電子が放出されない程度の幅(W)とすることが好ましい。
また、溝145と接する六硼化ランタン(LaB6)層141の表面を、電子銃の第1例に組み込まれるエミッタの別の例(図5のエミッタ20)と同様に、荒らすことも可能である。その場合、六硼化ランタン(LaB6)層141の所定部分の表面が荒らされていること以外は、エミッタ140と同様の構造を有することが好ましい。
エミッタの電子放出面を楕円形状とするなど、円でない形状を選択することが可能である。また、球面等の平面ではない形状を選択することも可能である。
本実施の形態の電子銃では、上述のエミッタ10を使用し、カソード101の寿命が向上されている。したがって、装置のダウンタイムは小さい。
尚、本実施の形態の電子ビーム描画装置30においては、エミッタ10を用いた電子銃100以外に、エミッタ10の別の例、図6に示すエミッタ130およびその別の例、ならびに図8に示すエミッタ140の中から適宜選択されたエミッタを用いた電子銃を使用することが可能である。
2、12、22、132、142 カーボン(C)層
3 脆弱な層
4、4a、14、24、134、144 電子放出面
10、20、130、140 エミッタ
15、25、135、145 溝
26 側面部
30 電子ビーム描画装置
31 試料室
32 マスク基板
33 ステージ
34 ステージ駆動回路
35 位置回路
37、38、39、41、42 各種レンズ
40 光学系
43 ブランキング用偏向器
44 成形偏向器
45 主偏向器
46 副偏向器
47 第1のアパーチャ
48 第2のアパーチャ
50 制御計算機
51 入力部
52 パターンメモリ
53 パターンデータデコーダ
54 描画データデコーダ
55 ブランキング回路
56 ビーム成形器ドライバ
57 主偏向器ドライバ
58 副偏向器ドライバ
60 副偏向領域偏向量算出部
61 セトリング時間決定部
62 偏向制御部
81 描画されるパターン
82 フレーム領域
83 副偏向領域
84 電子ビーム
100 電子銃
101 カソード
102 バイアス電源
103 加熱電源
105 ウェネルト
106 アノード
107、108 支持電極
109、110 ヒータ
111 加速電源
112 ベース
201、211 ビーム成形用アパーチャ
202、212 電子ビーム領域
Claims (5)
- 電子を放出するエミッタを有する電子銃であって、
前記エミッタは、電子放射特性を有する第1の材料からなる第1の部材と、
前記第1の材料より仕事関数が大きい第2の材料からなり、前記第1の部材を被覆する第2の部材とを有するとともに、
前記第1の部材と前記第2の部材との間に形成された溝を有することを特徴とする電子銃。 - 前記第1の部材は、端面が前記第2の部材から露出し、
前記溝は、前記端面の周縁に形成され、前記周縁から前記第1の層と前記第2の層とが接する部分までの長さが50μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の電子銃。 - 前記第1の部材には、前記溝と接する部分の表面を荒らす処理がなされていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子銃。
- 前記第1の部材は、円柱体の先端側に断面積のより小さい円柱体を形成した形状、または、円柱体の先端側を円錐台にした形状であり、
前記溝の断面形状が矩形または三角形であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子銃。 - 電子ビームを発する電子銃を有する電子ビーム描画装置であって、
前記電子銃は、電子を放出するエミッタを有し、
前記エミッタは、電子放射特性を有する第1の材料からなる第1の部材と、
前記第1の材料より仕事関数が大きい第2の材料からなり、前記第1の部材を被覆する第2の部材とを有するとともに、
前記第1の部材と前記第2の部材との間に形成された溝を有することを特徴とする電子ビーム描画装置。
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