JP4250056B2 - 二次電子を利用した電子投射露光装置 - Google Patents

Description

本発明は二次電子を利用した電子投射露光装置に係り、一層詳細には常温にて電圧を加えて電子を放出するコールドエミッションで一次電子を放出し、この一次電子をエミッタに注入させてその表面に形成されたパターニングされたブロッキングマスクから露出された領域から二次電子を放出させて基板上に投射する電子投射露光装置に関する。

電子投射露光装置は、エミッタから電子を放出させ、前記エミッタから所定距離離隔された電子線レジストに電子を投射して露光する装置である。このような電子投射露光装置として、特許文献１には、高真空状態で焦電体エミッタを加熱して電子を放出させる装置が開示されている。

一方、エミッタから電子を放出させる方法としては、電子銃を用いてエミッタに電子を撃ち出してエミッタから二次電子を放出させる方法が知られている。真空チャンバ内で電子銃から所定距離離隔されたダイアモンド基板（エミッタ）の背面を前記電子銃で照射すれば、ダイアモンド基板の前面から二次電子が放出される。この時、前記ダイアモンド基板の前面にパターニングされたマスクを配し、前記ダイアモンド基板の前面から所定距離離隔された位置に電子線レジストを配し、前記二次電子は前記電子線レジストを所定のパターンでパターニングする。

しかし、前記構造の従来の電子投射露光装置は、電子銃が別途に装着されて露光システムの体積が大きくなる問題があり、また磁場形成装置を持たず１：１投射時に分解能が低下する問題がある。
米国特許第６，４７６，４０２号明細書

本発明は上記の問題点を改善するために創出されたものであり、本発明の目的は、電界効果により放出された一次電子をエミッタに入射させて前記エミッタから二次電子を放出する、コンパクトな構造を有する二次電子を利用した電子投射露光装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の二次電子を利用した電子投射露光装置は、基板ホルダから所定距離離隔されて配置され、前記基板ホルダに対向する面にパターニングされたマスクが形成された二次電子放出エミッタと、前記二次電子放出エミッタから前記基板ホルダと反対側に所定距離離隔されて配置され、前記二次電子放出エミッタに一次電子を電界効果により放出する一次電子放出エミッタと、前記基板ホルダと前記二次電子放出エミッタの間に所定電圧を印加する二次電源と、前記二次電子放出エミッタと前記一次電子放出エミッタの間に所定電圧を印加する一次電源と、前記二次電子放出エミッタから放出された二次電子の経路を制御する磁場発生装置とを備え、前記一次電子放出エミッタは、前記一次電源から所定電圧を印加されて一次電子を前記二次電子放出エミッタに放出する多数のマイクロチップまたはカーボンナノチューブであり、前記二次電源には正電圧、前記一次電源には負電圧が印加され、前記二次電子放出エミッタは共通接地され、前記一次電子放出エミッタと前記二次電子放出エミッタの間にそれらの間隔を保持するスペーサが配置されている。

前記磁場発生装置は、前記一次電子放出エミッタの下部及び前記基板ホルダの上部に配置された永久磁石または電磁石であるか、または前記二次電子放出エミッタ及び前記基板ホルダの側面を覆い包む直流磁場発生装置であることが望ましい。

一方、前記二次電子放出エミッタは、ドーピングされたダイアモンド単結晶平板、ドーピングされた酸化マグネシウム平板、ドーピングされたＡｌＮ平板、ドーピングされたＡｌＧａＮ平板からなるグループから選択された平板であることが望ましい。
前記マスクは、電子放出を遮断する物質から形成されたことが望ましい。
また、前記二次電源によって正電圧、前記一次電源によって負電圧が印加され、前記二次電子放出エミッタは共通接地されることが望ましい。

本発明による二次電子を利用した電子投射露光装置は、二次電子を利用しながらもコンパクトな構造を有し、基板上にパターンを１：１の倍率で投影時に分解能が向上するメリットがある。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態による二次電子を利用した電子投射露光装置を詳細に説明する。

図１は、本発明の望ましい実施形態による二次電子を利用した電子投射露光装置の概略的な構成を示したものである。

図１を参照すれば、基板ホルダ１２上に電子線レジスト１４が塗布された基板１０が配置されている。そして、前記基板１０から所定距離離隔されて二次電子放出エミッタ２０が配置されており、前記二次電子放出エミッタ２０の前記基板ホルダ１２と対向する面にはパターニングされたマスク２２が形成されている。前記二次電子放出エミッタ２０から前記基板ホルダ１２と反対側に所定距離離隔されて一次電子放出エミッタホルダ３０が配置されている。この一次電子放出エミッタホルダ３０上には、前記二次電子放出エミッタ２０に対向するように一次電子放出エミッタ３２が形成されている。この一次電子放出エミッタ３２から放出された一次電子３５は前記二次電子放出エミッタ２０に進入する。そして、前記基板ホルダ１２と前記二次電子放出エミッタ２０の間に所定の正電圧を印加する二次電源５２が配置されており、前記二次電子放出エミッタ２０と前記一次電子放出エミッタホルダ３０の間に所定の負電圧を印加する一次電源５１が配置されている。また、前記二次電子放出エミッタ２０から放出された二次電子２５が前記電子線レジスト１４に向かうように制御する永久磁石４０，４０’が前記基板ホルダ１２及び一次電子放出エミッタホルダ３０の外郭に配置されて電場の方向と平行した磁場を形成する。

前記露光装置は、一次電子３５を発生する一次電子放出エミッタホルダ３０と、二次電子２５を発生する二次電子放出エミッタ２０とが一体的に形成されたコンパクトな構造を有する。一次電子放出エミッタ３２に所定電圧が印加されると、一次電子３５が電界効果により放出される。図１において、一次電子放出エミッタホルダ３０と二次電子放出エミッタ２０の間には、所定電圧、例えば数ｋＶの電圧が印加される。そして、前記一次電子放出エミッタホルダ３０と二次電子放出エミッタ２０の間の間隔をほぼ５０〜１００μｍに保持するためにスペーサ３４が配置されている。また、前記一次電子放出エミッタホルダ３０上には、一次電子放出エミッタ３２としてモリブデンチップ等のマイクロチップがアレイ状に配置されている。前記マイクロチップの代わりにカーボンナノチューブも使用できる。
また、前記露光装置は２ｘ１０^-5ｔｏｒｒ以下の高真空が保持された状態で作動する。

上記の通りに構成された一次電子放出エミッタホルダ３０と二次電子放出エミッタ２０間に約３〜１０ｋＶの電位差を維持させれば、マイクロチップ３２から電子が放出されて真空領域を通って正極の二次電子放出エミッタ２０に進入する。

二次電子放出エミッタ２０と基板ホルダ１２の間には、所定電圧、例えば２０ｋＶの直流電圧が印加され、基板ホルダ１２は正極、二次電子放出エミッタ２０は負極となる。

前記二次電子放出エミッタ２０は、ドーピングされたダイアモンド単結晶で形成された平板が使われることが望ましい。上記の通りに単結晶平板が使われるのは、多結晶からなる二次電子放出エミッタ２０を用いる場合には結晶粒界に沿って電子が流れて放出されるので、電子が均一に放出されないためである。また、ドーピングされたエピタキシャル成長ダイアモンド平板、ドーピングされた酸化マグネシウム平板、ドーピングされたＡｌＮ平板、ドーピングされたＡｌＧａＮ平板なども二次電子放出エミッタとして使用可能である。

二次電子放出エミッタ２０上に形成されたマスク２２は、予めパターニングされている。前記マスク２２は電子を遮断する役割を有し、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔａ、Ａｌなどを約５００Åの厚さの薄膜に配するか、ＳｉＯ₂などの誘電体を使用する。また、前記マスク２２は二次電子がエミッタの表面から放出されないように水素処理をするかまたはセシウム（Ｃｓ）処理を施し、セシウム処理された表面からの電子放出を促し、結果的にエミッタ表面から放出される電子ビームが、セシウム処理された領域と他の領域の間でコントラストを有して放出されることを利用することもある。

前記二次電子放出エミッタ２０とマスク２２とは電場が均一に分布するように伝導性が良好でなければならない。

一方、基板ホルダ１２と二次電子放出エミッタ２０の間には、二次電源５２から正電圧が印加されて二次電子２５を基板１０方向に向けて放出させる。二次電子放出エミッタ２０と一次電子放出エミッタホルダ３０の間には、一次電源５１から負電圧が印加されて一次電子３５を二次電子放出エミッタ２０に向けて放出させる。従って、二次電子放出エミッタ２０は共通接地される。

一方、前記永久磁石４０，４０’の代わりに電磁石を用いてもよい。また、直流磁場発生装置（図２の６０）を二次電子放出エミッタ２０及び基板ホルダ１２の側面を覆い包むように設けて電場と平行に外部磁場が発生するようにしてもよい。このような直流発生装置６０は、例えばコイル６１と、このコイルに直流を供給する直流電源（図示せず）からなる。電子の運動を電場の方向と平行したベクトル成分と、電場の方向と垂直のベクトル成分とに表示できる。

図１に示されたように、外部磁場が電場と平行に発生する場合、電場及び磁場内での電子は螺旋運動を行う。すなわち、磁場と平行した電子運動ベクトル成分は電場と平行に運動し、電場と垂直であるベクトル成分は回転運動する。この平行運動成分と回転運動成分とが合成されて螺旋運動になる。従って、この螺旋運動は周期を有する。前記螺旋運動周期の倍数になる距離に基板１０を配置すれば、二次電子放出エミッタ２０上のパターンが正確に１：１の割合で基板１０に投影される。一般的に、磁場と、二次電子放出エミッタ２０と基板１０の間の距離とを固定させ、電圧（電場）１６を調整して焦点を合わせて正確なパターンを得る。

前記構成の露光装置の作用を図面を参照して詳細に説明する。
まず、電子線レジスト１４を塗布した基板１０を基板ホルダ１２上に配置し、露光装置内を高真空状態、例えば２ｘ１０^-5ｔｏｒｒ以下に保持する。次に、二次電子放出エミッタ２０と一次電子放出エミッタホルダ３０の間に、一次電源５１から３ｋＶの負電圧を印加し、二次電子放出エミッタ２０と基板ホルダの間に、二次電源５２から２０ｋＶの正電圧を印加し、二次電子放出エミッタ２０を共通接地点とすると、マイクロチップ３２から一次電子３５が放出される。放出された一次電子３５は二次電子放出エミッタ２０に入り、二次電子放出エミッタ２０の表面または表面近くで二次電子２５が放出される。二次電子２５はパターニングされたマスク２２の露出された領域から放出されて永久磁石４０，４０’により形成された直流磁場により螺旋運動して基板１０上の電子線レジスト１４をパターニングする。この時、基板１０が二次電子２５の螺旋運動周期の倍数位置に配置されることによりマスク２２に形成されたパターンが基板に１：１の割合で投影される。

本発明は図面を参照して実施形態を参考に説明されたが、これは例示的なことに過ぎず、当分野で当業者ならば、これらから多様な変形及び均等な実施形態が可能であるという点が理解されるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲に限って決まるものである。

本発明により、既存の露光装置が大きい問題と、１：１投影時に分解能が低下していた問題とを解決できる二次電子を利用した電子透視露光装置をなせる。

本発明の望ましい実施形態による二次電子を利用した電子投射露光装置の概略的な構成図を示した図面である。 本発明の変形例による二次電子を利用した電子投射露光装置の概略的な構成図を示した図面である。

符号の説明

１０ 基板
１２ 基板ホルダ
１４ 電子線レジスト
２０ 二次電子放出エミッタ
２２ マスク
２５ 二次電子
３０ 一次電子放出エミッタホルダ
３２ マイクロチップ
３４ スペーサ
３５ 一次電子
４０，４０’ 永久磁石
５１ 一次電源
５３ 二次電源

Claims (6)

1. 基板ホルダから所定距離離隔されて配置され、前記基板ホルダに対向する面にパターニングされたマスクが形成された二次電子放出エミッタと、
   前記二次電子放出エミッタから前記基板ホルダと反対側に所定距離離隔されて配置され、前記二次電子放出エミッタに一次電子を電界効果により放出する一次電子放出エミッタと、
   前記基板ホルダと前記二次電子放出エミッタの間に所定電圧を印加する二次電源と、
   前記二次電子放出エミッタと前記一次電子放出エミッタの間に所定電圧を印加する一次電源と、
   前記二次電子放出エミッタから放出された二次電子の経路を制御する磁場発生装置とを備え、
   前記一次電子放出エミッタは、前記一次電源から所定電圧を印加されて一次電子を前記二次電子放出エミッタに放出する多数のマイクロチップまたはカーボンナノチューブであり、
   前記二次電源には正電圧、前記一次電源には負電圧が印加され、前記二次電子放出エミッタは共通接地され、
   前記一次電子放出エミッタと前記二次電子放出エミッタの間にそれらの間隔を保持するスペーサが配置されていることを特徴とする二次電子を利用した電子投射露光装置。
2. 前記磁場発生装置は、前記一次電子放出エミッタの下部及び前記基板ホルダの上部に配置された永久磁石または電磁石であることを特徴とする請求項１に記載の二次電子を利用した電子投射露光装置。
3. 前記磁場発生装置は、前記二次電子放出エミッタ及び前記基板ホルダの側面を覆い包む直流磁場発生装置であることを特徴とする請求項１に記載の二次電子を利用した電子投射露光装置。
4. 前記二次電子放出エミッタは、ドーピングされたダイアモンド単結晶平板、ドーピングされた酸化マグネシウム平板、ドーピングされたＡｌＮ平板、ドーピングされたＡｌＧａＮ平板からなるグループから選択された平板であることを特徴とする請求項１に記載の二次電子を利用した電子投射露光装置。
5. 前記マスクは、電子放出を遮断する物質から形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電子を利用した電子投射露光装置。
6. 前記マスクは、水素処理またはＣｓ処理により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電子を利用した電子投射露光装置。
   

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