JP3089115B2 - 電子線露光装置 - Google Patents

電子線露光装置

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JP3089115B2
JP3089115B2 JP04238107A JP23810792A JP3089115B2 JP 3089115 B2 JP3089115 B2 JP 3089115B2 JP 04238107 A JP04238107 A JP 04238107A JP 23810792 A JP23810792 A JP 23810792A JP 3089115 B2 JP3089115 B2 JP 3089115B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電子線露光装置に関
し、より詳しくは、微細加工性に加えて量産性にも優
れ、高速描画を行うことができる電子線露光装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】LSI(大規模集積回路)のパターン微細
化、高集積化はとどまるところを知らず、光によるリソ
グラフィーの解像限界を越える微細加工が必要となりつ
つある。この微細加工に対応できるリソグラフィー技術
として、電子線露光技術がある。
【0003】図9に示すように、従来の電子線露光装置
は、基本的に電子線顕微鏡(SEM)と同じ構成をしてお
り、1つの電子銃100と、レンズ系101〜103
と、ブランキング用偏向器104と、走査用偏向器10
5と、可動ステージ106等より構成されている。上記
電子銃100は、図10に示すように、よく知られたフ
ィラメント加熱方式によるもので、フィラメント111
を加熱して陰極112から熱電子線放出により電子ビー
ム113を発生し、発生した電子ビームを陽極114で
加速して放出する。基板にパターンを書き込む場合、基
板に電子線用レジストを塗布してステージ106上に載
置し、偏向器105によって電子線の向きを変えたり
(基板面上での距離にして数100μm程度偏向させるこ
とができる)、ステージ106ごと移動したりして、い
わゆる走査することで描画を行う。電子線の波長は非常
に短かく、その径は数100Å程度にまで絞り込むこと
ができるので、電子線描画によって非常に微細なパター
ンを形成することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電子線描画技
術は処理速度が低く、量産性の点で問題がある。例えば
4×4mm2程度の領域にビーム径0.5μmの細線を一面
に書き込む場合、上に述べたように、ステージを固定し
て電子線の偏向だけで書き込める領域は距離にして高々
数100μm程度に過ぎない。このため、図11(b)に示
すように、まず333μmの走査幅を電子線の偏向によ
って描画した後(イ→ロ)、y方向にステージを移動して
同様に333μmの走査幅を描画する(ハ→ニ)。これを
次々繰り返して、同図(a)に示すように、A−A′線に
沿った領域にすべて走査線を書き込む。A−A′線に沿
った領域の書き込みが終わればx方向にステージをステ
ップ移動(333μm)して、今度はB−B′線に沿った
領域に走査線を次々に(B′からBの方へ)書き込む。こ
のように、従来の電子線露光装置では4×4mm2の領域
全体にわたってステージを移動させて描画を行ってい
る。このため、描画に長時間要し、他の半導体製造装置
に比して処理速度が極めて低いという問題がある。上の
例では、4×4mm2の領域全体を描画するのに約2時間
かかっている。
【0005】そこで、この発明の目的は、描画時間を短
縮して、処理速度を高めることができる電子線露光装置
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の電子線露光装置は、半導体基板の片面に
所定の間隔で、露光領域に対向させるべき複数の冷陰極
電子源を備え、上記各冷陰極電子源は、上記半導体基板
の基板面に設けられた円錐状の突起部と、上記突起部の
周囲で上記突起部の先端よりも基板面から離間した位置
に絶縁層を介して積層され、環状の内端面を有する2層
の電極層からなる電子線露光装置において、上記各冷陰
極電子源を構成する電極層は上記基板面に平行な面内の
上記各突起部の周囲で少なくとも2つに分割され、上記
2つに分割された電極層のうち上記各突起部に対して同
じ側に位置する部分同士が、複数の冷陰極電子源の間で
共通に接続されていることを特徴とする。
【0007】
【0008】
【作用】従来の電子線露光装置の処理速度が低い理由
は、電子銃やレンズ系、偏向器等の構成が大掛かりであ
るため、電子銃(電子源)が1つしか設けられていない点
にある。これに対して、請求項1,2の電子線露光装置
は半導体基板の片面に所定の間隔で複数の冷陰極電子源
を有しているので、露光領域を各冷陰極電子源に対応す
る領域に区分して、区分した領域(以下、「区分領域」と
いう。)毎に並行して描画を進めることができる。した
がって、全体として描画時間が短縮され、処理速度が高
まる。
【0009】また、上記冷陰極電子源は、上記半導体基
板の基板面に設けられた円錐状の突起部と、上記突起部
の周囲で上記突起部の先端よりも基板面から離間した位
置に絶縁層を介して積層され、環状の内端面を有する2
層の電極層からなる場合、この冷陰極電子源は半導体プ
ロセスを利用して簡単かつコンパクトに構成される。ま
た、描画を行う場合、上記突起部が放出した電子は、上
記2層の電極層によって加速および集束された後、露光
領域に照射される。
【0010】
【0011】さらにこの発明の電子線露光装置では、
上記各冷陰極電子源を構成する電極層は上記基板面に平
行な面内の上記各突起部の周囲で少なくとも2つに分割
され、上記2つに分割された電極層のうち上記各突起部
に対して同じ側に位置する部分同士が、複数の冷陰極電
子源の間で共通に接続されているので、各突起部に対し
一の側に位置する電極部分に対する印可電圧と別の側
位置する電極部分に対する印可電圧とを別々に制御す
ることによって、上記各突起部から放出された電子線を
偏向させることが可能となる。したがって、描画の自由
度が増えて、様々なパターンを容易に描けるようにな
る。
【0012】
【実施例】以下、この発明の電子線露光装置を実施例に
より詳細に説明する。
【0013】図1はこの発明の基礎となる電子線露光装
置の概略構成を示している。この電子線露光装置は、チ
ャンバ20内に電子銃10と、可動ステージ16を備え
ている。図9に示した従来の電子線露光装置と異なり、
大掛かりなレンズ系101〜103や偏向器104〜1
05は備えていない。
【0014】図2に示すように、上記電子銃10は、半
導体基板1の片面に形成された4×4(=16)個の冷陰
極電子源(エミッタ)11を含んでいる。この例では、各
電子源11は、同一構成からなり、1mmピッチで設けら
れている。各電子源11は、半導体基板1に設けられた
円錐状の突起部2と、この突起部2の周囲で突起部2の
先端よりも基板面から離間した位置に、絶縁層3a,3b
を介して積層された2層の電極層4a,4bからなってい
る。上記2層の電極層4a,4bは各電子源11に共通の
電極層として設けられている。電極層4a,4bの各突起
部2に面する内端面は環状のパターンとなっている。
【0015】上記冷陰極電子源11を作製するには、ま
ずSi基板1上に円形のレジストマスクを設け、KOH
により異方性エッチングを行って、円錐状の突起部2を
形成する。次に、上記マスクを残してSiO2絶縁膜3a,
タングステン電極層4a,SiO2絶縁膜3b,タングステン
電極層4bを順次積層する。この後、上記レジストマス
クをリフトオフする(作製完了)。
【0016】描画を行う場合、図1に示すように、上記
電子銃10を電圧導入端子17に接続し、電子線露光装
置本体20に固定する。そして、図3に示すように、S
i基板1とタングステン電極4a,4bの間に電圧V1、(V
1+V2)をそれぞれ印加する。このとき、Si基板1は冷
陰極となり、タングステン電極4a,4bは陽極となる。
電界が円錐状の突起部2に集中して、突起部2の先端か
ら電子ビーム13が放出される。すなわち、電界放出の
作用によって、突起部2がエミッタとして電子を放出す
る。2枚の陽電極4a,4bは、加速器として働くととも
に、電子レンズとしても働く。したがって、突起部2よ
り放出された電子ビーム13は加速および集束されて、
描画を行うべき基板14に照射される。典型的な印加電
圧はV1=V2=1KV、集束ビーム径は1000Åであ
る。この電子銃10では、2層の電極層4a,4bが各冷
陰極電子源11の間で共通になっている(接続されてい
る)ので、総ての電子源11が全く同一の電子線13を
基板14上に放出する。
【0017】次に、従来例と同様に、4×4mm2の露光
領域にビーム径0.5μmの細線を描画する場合を考え
る。上記電子銃10は1mmピッチで電子源11が計16
個形成されている。したがって、図4(a)に示すよう
に、露光領域15を4×4に分割し、分割した1×1mm
2の区分領域Cを各電子源11に対応させることができ
る(本図(a)では見やすくするために手前の7個の電子線
13と各区分領域Cとの対応のみ示している)。このよ
うにした場合、この区分領域C毎に並行して描画を進め
ることができる。すなわち、1×1mm2の区分領域Cの
分だけステージを移動させれば、4×4mm2の露光領域
15全体にわたって所望の細線を書き込むことができる
(なお、この例では、各区分領域Cには、図4(b)に示す
ように全く同一のパターンが描画される。)。したがっ
て、全体として描画時間を短縮でき、処理速度を高める
ことができる。実際に描画を行ったところ所要時間は1
0分であり、従来(所要時間2時間)に比して格段の時間
短縮をはかることができた。
【0018】なお、上記電子銃10を構成する電子源1
1の間隔は1mmとしたが、これに限られるものではな
い。半導体基板1上に形成することのできる利点を利用
して、電子源11の間隔をさらに小さくすることができ
る。例えば、電子源11のピッチを100μmとし、4
×4mm2の露光領域15に対して40×40=1600
個の電子源11を対応させることができる。この場合、
1つの電子源11は100×100μm2の区分領域を受
け持つだけとなり、ステージ移動幅も100×100μ
m2と格段に小さくなる。したがって、さらに描画時間を
短縮することができる。
【0019】図5は上記電子銃の変形例を示している
(残りの構成は上の例と同様である。)。この電子銃3
0は、図2に示した電子銃10の電極層4bを2つの電
極4b′,4b″に分割したものである。すなわち、図5
に示す一方の電極4b′は、突起部2に関して1つ置き
に設けられた環状部31と、各環状部31を対角方向に
つなぐ直線状の配線部32とからなっている。他方の電
極4b″は、電極4b′に所定の隙間をとって残りの領域
に略全面に設けられ、残りの突起部2の共通電極となっ
ている。これにより、この電子銃30は、電極4b′を
用いて構成される電子銃11′と電極4b″を用いて構
成される電子銃11″とが、基板1の片面に交互に並ぶ
状態となっている。
【0020】この電子銃30を用いて描画を行うと、例
えば図6に示すように、区分領域Cに、一区画おきに共
通なパターンを描画し易くなる。ステージを区分領域C
分だけ移動して走査することは先の例と変わらないが、
この電子銃30によれば、電極4b′と4b″に加える電
圧を別々に制御することによって、電子源11′と電子
源11″の電子線照射の仕方を描画すべきパターンに合
わせることができる。
【0021】なお、この例では、電極4b′につながる
環状部31を突起部2に関して1つ置きに設けている
が、これに限られるものではなく、描画すべきパターン
に合わせて設ければ良い。
【0022】図7はこの発明の一実施例の電子線露光装
置が備える電子銃を示している(残りの構成は図1から
図4の例と同様である。)。この電子銃40は、図2に
示した電子銃10の電極層4bを、各電子源11毎に環
状にパターン化した上、さらに、この環状のパターンを
基板1に平行な面内で2分割したものである。すなわ
ち、各電子源11毎に、電極層4bの一部からなる一対
の半環状部33,34を設けている。図において、上記
面内で各突起部2の左側に相当する半環状部33は、基
板1の辺に平行な直線状の配線部35を介して、基板周
辺の端子部37に共通に接続されている。一方、上記面
内で各突起部2の右側に相当する半環状部34は、上記
半環状部33と対称に、基板1の辺に平行な直線状の配
線部36を介して、基板周辺の端子部38に共通に接続
されている。したがって、図8に示すように、上記半環
状部33,34には、それぞれ別個の電圧V2,V2′を印
加できるようになっている。したがって、半環状部3
3,34に印加する電圧V2,V2′をコントロールするこ
とによって、電子線13を偏向させることができる。例
えば、図4(b)に示したx方向の描画は、ステージ移動の
代わりに電子線13を偏向させて行っても良い。
【0023】なお、この実施例では、冷陰極電子源11
としてSiの微小突起部2とその近傍に配置した電極層
4a,4bによる電界放出電子源について述べたが、当然
ながらこれに限られるものではない。例えば、pn接合に
おけるアバランシェ降伏時のホットエレクトロンを電子
源11にすることも可能である。
【0024】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の電
子線露光装置では、上記各冷陰極電子源の各突起部に対
して一の側に位置する電極部分に対する印可電圧と別の
側に位置する電極部分に対する印可電圧とを別々に制御
することによって、上記各突起部から放出された電子線
を偏向させることができる。したがって、描画の自由度
を増やすことができ、様々なパターンを容易に描くこと
ができる
【0025】また、請求項2の電子線露光装置では、上
記各冷陰極電子源の各突起部の一の側に相当する電極部
分に対する印加電圧と別の側に相当する電極部分に対す
る印加電圧とを別々に制御することによって、上記各突
起部から放出された電子線を偏向させることができる。
したがって、描画の自由度を増やすことができ、様々な
パターンを容易に描くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例の電子線露光装置の概略
構成を示す図である。
【図2】 上記電子線露光装置の電子銃を示す図であ
る。
【図3】 上記電子銃の動作状態を示す図である。
【図4】 上記電子線露光装置によるの描画の様相を示
す図である。
【図5】 上記電子銃の変形例を示す図である。
【図6】 上記変形例の電子銃によって描画されるパタ
ーンを示す図である。
【図7】 上記電子銃のさらなる変形例を示す図であ
る。
【図8】 上記さらなる変形例の電子銃の動作状態を示
す図である。
【図9】 従来の電子線露光装置の概略構成を示す図で
ある。
【図10】 上記従来の電子線照射装置の電子銃を示す
図である。
【図11】 上記従来の電子線露光装置による描画の様
相を示す図である。
【符号の説明】
1 Si基板 2 突起部 3a,3b 絶縁膜 4a,4b, タングステン電極層 4b′,4b″ 電極 10,30,40 電子銃 11,11′,11″ 冷陰極電子源 15 露光領域 16 可動ステージ C 区分領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−155739(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の片面に所定の間隔で、露光
    領域に対向させるべき複数の冷陰極電子源を備え、 上記各冷陰極電子源は、上記半導体基板の基板面に設け
    られた円錐状の突起部と、上記突起部の周囲で上記突起
    部の先端よりも基板面から離間した位置に絶縁層を介し
    て積層され、環状の内端面を有する2層の電極層からな
    る電子線露光装置において、上記各冷陰極電子源を構成する電極層は上記基板面に平
    行な面内の上記各突起部の周囲で少なくとも2つに分割
    され、 上記2つに分割された電極層のうち上記各突起部に対し
    て同じ側に位置する部分同士が、複数の冷陰極電子源の
    間で共通に接続されている ことを特徴とする電子線露光
    装置。
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