JP4214616B2

JP4214616B2 - 電子銃、電子線露光転写装置及び半導体デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP4214616B2
Application number: JP13693499A
Authority: JP
Inventors: 正平鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2019-05-18
Also published as: JP2000331632A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、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使用する電子銃、それを使用した電子線露光転写装置、及びその電子線露光転写装置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】
半導体に要求される回路パターンの寸法が0.1μｍ以下となるに伴ない、従来の光学方式の露光転写装置の使用が限界に達し、これを克服するものとして電子線露光装置の開発が進められている。従来、一般的に使用されていた電子線露光装置は、電子線により描画を行うものや、可変成形方式、セルプロ方式などの転写方式のもので、スループットが著しく低いという問題点を有していた。
【０００３】
そこで、近年新たに、露光の高解像と高スループットの両方を兼ね備えた電子線露光方式の検討が進められている。このような方式の内で最近注目をあつめている方式は、１ダイまたは複数ダイを一度に露光するのではなく、サブフィールドと呼ばれる小さな領域に分割して転写露光するという方式である。この分割転写方式の小領域は数100μm角以上であることが要求され、従来の可変成形方式やセルプロ方式の数10倍以上の大きさである。
【０００４】
発明者は、このような広い領域を一様照明可能な電子銃を発明し、その内容は特開平１０−２２３１６５号公報に公開されている。これは、温度制限領域において動作するもので、カソードの先端が、径１mm以上の平で仕事関数のそろった面を有し、カソードの先端が、ウェネルト電極と同電位か、又はウェネルト電極よりアノード側に突出しているものである。この電子銃は、低輝度（10³A/cm²・sr以下）、高エミッタンス（100kVにおいて数1000μm・mrad）という特性を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−２２３１６５号公報に記載された電子銃では、露光に寄与しない電子ビームが多いので、かなり大きな容量の電源が必要であるという問題点があった。さらに、無駄な電流による発熱を押さえるために、冷却機構も不必要に大きなものが要求されるという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、無駄な電子ビームをエネルギーが大きくならないうちに吸収し、大きな容量の電源や大きな冷却機構を必要としない電子銃及びそれを利用した電子線露光転写装置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、温度制限領域で動作させる電子銃において、カソードより下流にできる第１のクロスオーバ面にクロスオーバの形状を制限するためのアパーチャーが設けられていることを特徴とする電子銃（請求項１）である。
【０００８】
本手段においては、電子ビームのエネルギーが大きくない第１のクロスオーバー面において無駄な電子ビームをカットしてしまうので、それ以後の加速により高エネルギーとされて電子線光学系を流れる電子ビームは、ほとんど有効な電子ビームのみになる。よって、必要な高電圧の電源の容量は小さくて済み、かつ、高電圧の電流の有するエネルギーが小さくなるので、冷却装置の容量も小さくて済むようになる。設けられるアパーチャーで遮られる電子ビームの電流を吸収するためには別の電源が必要であるが、第１クロスオーバー面においては、まだ電子は十分に加速されておらず、そのエネルギーが小さいので、高電圧の電源を必要としない。
【０００９】
アパーチャーをクロスオーバー面に設けるのは以下の理由による。すなわち、電子線露光装置の光学系は、クロスオーバー面上での電流分布が、そのまま被露光面上での電流の入射角に対する強度分布となるように設計されている。よって、クロスオーバー面上で、その外側に位置する電流をアパーチャーによりカットすれば、被露光面上で、中心となる入射角から離れた入射角の電子ビームがカットされることになる。特に、被露光面に入射する電子ビームがテレセントリックなものである場合は、入射角の大きな電子ビームがカットされることになり、露光転写上好ましい。また、このことにより、投影光学系から発生する幾何収差を低減させることが可能である。
【００１０】
また、本手段において、電子銃を温度制限領域で用いるものに制限しているのは、空間電荷制限領域で使用する場合は、クロスオーバーをカソードに近い位置にせざるを得ず、アパーチャーをこの位置に設けると、電子銃全体の設計が困難になるからである。
【００１１】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記第１のクロスオーバーが、引き出し電極内に形成されるようにされていることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１２】
第１のクロスオーバーを引き出し電極より手前（カソード側）に形成すると、電子ビームの形状が形成される場所にアパーチャーが置かれることになり、その分電子銃の設計が困難になる。第１のクロスオーバーを引き出し電極より後に形成すると、すでに電子線が十分加速された後に、その一部をアパーチャーによりカットする必要があり、高圧の電源が必要となって本発明の効果が低減してしまう。本手段においては、前記第１のクロスオーバーが、引き出し電極内に形成されるようにされているので、このような不都合が生じない。
【００１３】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記アパーチャーにより反射された電子を吸収する反射防止板を有することを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１４】
前記アパーチャーに入射した電子の一部は反射電子となってカソード側に戻り、電子線の形状が形成される部分の電場を乱す恐れがある。本手段においては、アパーチャーにより反射された電子を吸収する反射防止板が設けられているので、このようなことが防止される。
【００１５】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、カソードから放出される電子ビームのエネルギーが100kV であり、カソードと前記アパーチャーの電位差が20kV以下であることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００１６】
電子ビームのエネルギーが100kV程度の電子銃の場合、カソードとアパーチャーの電位差が20kV以下とすれば、アパーチャー用の電源の製造も容易であり、かつ、この引き出し電極部でむだ電流を除去すれば、100kVでアースに対して流れる電流が減少し、その分だけ100kV電源の容量を小さくすることができる。
【００１７】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段に係る電子銃を有してなることを特徴とする電子線露光転写装置（請求項５）である。
【００１８】
本手段においては、前記第１の手段か第４の手段に係る電子銃を有しているので、高電圧大容量電源や、大きな冷却装置を必要としない。また、投影光学系から発生する幾何収差を低減させることが可能である。
【００１９】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段である電子線露光転写装置を用いて、マスク又はレチクル上に形成されたパターンを、ウェハーに転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法（請求項６）である。
【００２０】
本手段においては、高電圧大容量電源や、大きな冷却装置を必要としない電子線露光転写装置を用いているので、安価に半導体デバイスを製造できると共に、幾何収差の少ない電子線露光転写装置を用いているので、パターン幅の小さい半導体デバイスを製造することができる。
【００２１】
【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一例である電子銃の構成を示す概要図である。図１において、１はカソード、２はカソードから放出された電子ビーム、２’はカソードの端面から放出された電子ビーム、３は引き出し電極、４はカソード−引き出し電極間電圧印加電源、５はウェネルト電極、６はカソード−ウェネルト間電圧印加電源、７はカソード−アース間電圧印加電源、８はアパーチャー、９はアパーチャーを通過した電子ビーム、１０は反射電子防止板である。
【００２２】
カソード１から放出された電子ビーム２は、引き出し電極３に印加されたカソードに対して正の電圧により加速されて、電子銃から放出される。引き出し電極３には、カソード−引き出し電極間電圧印加電源４により、カソード１に対して正の電圧が印加されている。カソード１の周囲にはウェネルト電極５が設けられ、カソード−ウェネルト間電圧印加電源６により印加された、カソード１に対して負の電圧により、電子ビーム２が外側に広がるのを防止し、電子ビームが集中するクロスオーバーを作り出している。電子銃から放出された電子ビームは、カソード−アース間電圧印加電源７でさらに加速され、電子線露光転写等に使用される。
【００２３】
本実施の形態においては、最初のクロスオーバー（第１のクロスオーバー）は引き出し電極３内に形成されるようになっており、その位置にアパーチャー８が設けられ、カソードの端面から放出された電子ビーム２’を遮蔽して吸収する。アパーチャー８は引き出し電極３に接続されて、引き出し電極３と同電位にされており、遮蔽された電子ビーム２’の電流は、カソード−引き出し電極間電圧印加電源４に吸収される。アパーチャー８を通過した電子ビーム９のみが露光転写等に使用される。
【００２４】
本実施の形態においては、アパーチャー８よりカソード側に、反射防止板１０が設けられている。反射防止板１０は、アパーチャー８で反射された反射電子を吸収するもので、引き出し電極３から見てカソード１側の電場を乱さない位置に設けられ、図に示す例では、引き出し電極３に接続、支持されている。反射防止板１０そのものは、電子ビーム２の流れを遮ることがないように、十分大きな開口を有している。
【００２５】
図２は、第１のクロスオーバ面上での電子ビームの電流分布を示す図であり、Ａが全電流分布、Ａ’がアパーチャー８でカットされる部分の電流分布を示している。電子線露光装置の電子線光学系は、クロスオーバ面上の電流分布が、そのまま被露光面上での電流の角強度分布となるように設計される。すなわち、クロスオーバー面において光軸から離れた部分を通過する電子ビームは、被露光面で入射光の光軸に対して、クロスオーバー面での光軸からの距離に対応した傾きを持って入射する。
【００２６】
また、被露光面に入射する電子ビームはテレセントリックになるように電子線光学系が設計されているので、クロスオーバー面において光軸から離れた部分を通過する電子ビームは、それに応じた入射角で被露光面に入射することになる。よって、図２は、被露光面での電子ビームの入射角分布を示す図でもある。図２に示すように引き出し電極内のアパーチャ８により、入射角分布の裾がカットされ、９で示された部分のみ透過させているので、この裾部分から発生する幾何収差を低減させる効果も生じることになる。
【００２７】
多くの電子線露光装置においては、カソード−アース間電圧印加電源は100kV程度の電圧を印加する。この場合には、アパーチャー８とカソード１間の電圧、すなわち図１の場合はカソード−引き出し電極間電圧印加電源４の電圧は20kV以下とすると、アパーチャー８用の電源として、特別な高圧電源とならない範囲で電源装置を製造することができ、かつ、この引き出し電極部でむだ電流を除去すれば、100kVでアースに対して流れる電流が減少し、その分だけ100kV電源の容量を小さくすることができる。
【００２８】
アパーチャー８及び反射防止板１０を構成する材料としては高融点金属が適当であり、例えば、タングステンやモリブデンが使用できる。また、導電性で高融点であることに加え、反射電子が少ない材料として、炭素を使用することも可能である。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態の一例である電子線露光転写装置の構成の概要を示す図である。図３において、１１は図１に示された電子銃、１２は電子ビーム、１３ａ、１３ｂは照明レンズ、１４はマスク、１５は第１投影レンズ、１６は第２投影レンズ、１７はウェハー、１８はアパーチャー、１９、２０は偏向器である。
【００３０】
図１に示されたような電子銃１１から放出された電子ビームは、照明レンズ１３ａ、１３ｂでテレセン性を有する照明とされ、マスク１４上に電子銃のカソード面の像を作ることにより、マスク１４面を一様に照明する。マスク１４上に形成された回路パターンは、第１投影レンズ１５と第２投影レンズ１６により、ウェハー１７の表面に結像する。マスク１４で散乱された電子を除去するため、アパーチャー１８が設けられている。
【００３１】
偏向器１９は、マスク１４の照明位置を変化させ、偏向器２０は、マスクからの電子ビームの、ウェハー面での結像位置を変化させるのに使用される。マスク１４、ウェハー１７、アパーチャー１８はアース電位に保たれている。
【００３２】
従来の電子線露光装置においては、露光に使用されない電子ビームは、主としてアパーチャー１８で吸収された。この位置では電子ビームのエネルギーが高いので、吸収する電源として高電圧大電流のものが必要であった。
【００３３】
この装置においては、電子銃１１において、露光に使用されない電子ビームがカットされているので、アパーチャー１８で吸収される電子ビームは少なく、よって、電源として高電圧小電流のもので対処可能である。また、これに伴ない、冷却装置の容量も小さくて済むようになる。さらに、電子銃１１中のアパーチャーにより、マスク１７に入射するときに開き角の大きな電子線が初めからカットされているので、レンズ系の幾何収差を低減することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係るものにおいては、電子ビームのエネルギーが大きくない第１のクロスオーバー面において、無駄な電流をカットしてしまうので、必要な高電圧の電源の容量は小さくて済み、かつ、冷却装置の容量も小さくて済むようになる。また、投影光学系から発生する幾何収差を低減させることが可能である。
【００３５】
請求項２に係る発明においては、第１のクロスオーバーが、引き出し電極内に形成されるようにされているので、電子銃の設計が困難にならず、かつ、電子線のエネルギーが大きくならないうちに吸収することができる。
【００３６】
請求項３に係る発明においては、アパーチャーにより反射された電子を吸収する反射防止板が設けられているので、カソード側に戻った反射電子により、カソードがダメージを受けたり、多重散乱による絶縁物のチャージアップが発生したりするのを回避することができる。
【００３７】
請求項４に係る発明においては、アパーチャー用の電源の製造も容易であり、かつ、第１のクロスオーバーの位置を電子銃の設計上適当な位置に設定することができる。
【００３８】
請求項５に係る発明においては、本発明に係る電子銃を使用しているので、高電圧大容量電源や、大きな冷却装置を必要とせず、さらに、投影光学系から発生する幾何収差を低減させることが可能である。
【００３９】
請求項６に係る発明においては、安価に半導体デバイスを製造できると共に、パターン幅の小さい半導体デバイスを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一例である電子銃の構成を示す概要図である。
【図２】図２は、第１のクロスオーバ面上での電子ビームの電流分布を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例である電子線露光転写装置の構成の概要を示す図である。
【符号の説明】
１…カソード、２…カソードから放出された電子ビーム、２’…カソードの端面から放出された電子ビーム、３…引き出し電極、４…カソード−引き出し電極間電圧印加電源、５…ウェネルト電極、６…カソード−ウェネルト間電圧印加電源、７…カソード−アース間電圧印加電源、８…アパーチャー、９…アパーチャーを通過した電子ビーム、１０…反射電子防止板、１１…図１に示された電子銃、１２…電子ビーム、１３ａ、１３ｂ…照明レンズ、１４…マスク、１５…第１投影レンズ、１６…第２投影レンズ、１７…ウェハー、１８…アパーチャー、１９、２０…偏向器、Ａ…全電流分布、Ａ’…アパーチャーでカットされる部分の電流分布

Claims

温度制限領域で動作させる電子銃において、カソードより下流にできる第１のクロスオーバ面にクロスオーバの形状を制限するためのアパーチャーが設けられていることを特徴とする電子銃。
請求項１に記載の電子銃であって、前記第１のクロスオーバーが、引き出し電極内に形成されるようにされていることを特徴とする電子銃。
請求項１又は請求項２に記載の電子銃であって、前記アパーチャーより前記カソード側に、前記アパーチャーにより反射された電子を吸収する反射防止板を有することを特徴とする電子銃。
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の電子銃であって、前記カソードから放出される電子ビームのエネルギーが100kV であり、前記カソードと前記アパーチャーの電位差が20kV以下であることを特徴とする電子銃。
請求項１から請求項４のうちいずれかに記載の電子銃を有してなることを特徴とする電子線露光転写装置。
請求項５に記載の電子線露光転写装置を用いて、マスク又はレチクル上に形成されたパターンを、ウェハーに転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。