JPH02306614A - Electron beam aligner - Google Patents

Electron beam aligner

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JPH02306614A
JPH02306614A JP12804289A JP12804289A JPH02306614A JP H02306614 A JPH02306614 A JP H02306614A JP 12804289 A JP12804289 A JP 12804289A JP 12804289 A JP12804289 A JP 12804289A JP H02306614 A JPH02306614 A JP H02306614A
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rod
electron
cathode
anode
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洋 安田
Juichi Sakamoto
坂本 樹一
Akio Yamada
章夫 山田
Yoshihisa Daikyo
義久 大饗
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Abstract

PURPOSE:To improve uniformity and prevent aperture damage and the like by applying voltages respectively between a cathode and a cutting aperture and between the cutting aperture and an anode, which voltages have values respectively proportional to the distances and polarity to accelerate electron. CONSTITUTION:The following are provided; an LaB6 rod 11, a cathode constitut ed a graphite block 12 retaining the rod 11 and executing electric current heating, a cutting aperture 19, and an electronic gun 10 with an anode 17. The tip of the rod 11 is a plane (100 face). The peripheral. end surface of at least the rod 11 of the graphite block 12 is also a plane, and is made the same plane as the tip plane of the rod 11. Voltages are applied respectively between the cathode and the cutting aperture 19 and between the cutting aperture 19 and the anode 17, which voltages have values proportional to the respective distances (L1-L2, L2) and polarity to accelerate electron. Thereby bits colliding against the cutting aperture are reduced, uniform electric field is applied, electrons are lead out, and the maximum luminance 10<6>A/cm<2> of an LaB6 chip can be achieved.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の概要〕 可変矩形、電極配線の一部の形状、などにパターン化さ
れたビームを用いる電子ビーム露光装置に関し、 ダイオードガンを露光装置に適するように改良して、均
一度が高く、アパーチャ損傷などの問題がない電子銃を
提供することを目的とし、電子銃から発生する電子ビー
ムを、ビームパターニング用のアパーチャの開口部に当
て、該アパーチャの開口を通過した電子ビームを用いて
描画を行なう電子ビーム露光装置において、該電子銃が
、電子発生材料のロッドとそれを支持し通電加熱するブ
ロックで構成される陰極、カッティングアパーチャ、お
よびアノードを備え、該ロッドの電子放出先端面は平面
に、かつ該ブロックの端面と同一平面に仕上げられ、カ
ッティングアパーチャの開口は、該ロッドの先端平面よ
り狭(、そして両者の中心を合わせて取付けられ、陰極
とカッティングアパーチャ間、カッティングアパーチャ
とアノード間には、各々の距離に比例する値の、そして
電子を加速する極性の電圧が加えられるよう構成する。
[Detailed Description of the Invention] (Summary of the Invention) Regarding an electron beam exposure apparatus that uses a beam patterned in a variable rectangle, a part of electrode wiring, etc., the diode gun is improved to be suitable for the exposure apparatus. , with the aim of providing an electron gun with high uniformity and no problems such as damage to the aperture, the electron beam generated from the electron gun is applied to the opening of an aperture for beam patterning, and passes through the opening of the aperture. In an electron beam exposure apparatus that performs drawing using an electron beam, the electron gun is equipped with a cathode, a cutting aperture, and an anode, which are composed of a rod of electron-generating material and a block that supports it and heats it with electricity. The electron emitting tip surface is finished flat and coplanar with the end surface of the block, and the opening of the cutting aperture is narrower than the tip plane of the rod (and is mounted with the centers of both aligned, so that there is no gap between the cathode and the cutting aperture). , a voltage is applied between the cutting aperture and the anode, the value of which is proportional to the respective distances, and the polarity of which accelerates electrons.

(産業上の利用分野〕 本発明は、可変矩形、電極配線の一部の形状、などにパ
ターン化されたビームを用いる電子ビーム露光装置に関
する。
(Industrial Application Field) The present invention relates to an electron beam exposure apparatus that uses a beam patterned into a variable rectangle, the shape of a part of electrode wiring, or the like.

半導体集積回路パターンの描画に用いる電子ビーム露光
装置には■ポイントビームを用いるもの、■可変矩形成
形ビームを用いるもの、■ステンシルマスクを通してそ
のステンシルの形状にパターン化したビームを用いるも
の、■ブランキングアパーチャアレーを通してドツトパ
ターン化したビームを用いるもの、等がある。本発明は
上記■〜■のパターン化した電子ビームを用いる露光装
置に係るものである。
Electron beam exposure devices used to draw semiconductor integrated circuit patterns include: ■ Those that use a point beam, ■ Those that use a variable rectangular shaped beam, ■ Those that use a beam patterned in the shape of the stencil through a stencil mask, and ■ Blanking. Some use a dot-patterned beam passed through an aperture array, and so on. The present invention relates to an exposure apparatus using patterned electron beams as described in (1) to (4) above.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ポイントビームを用いる露光装置では、走査型電子顕微
鏡で使用されているタングステン(W)、またはホウ化
ランタン(LaB6)などの、10μm程度の曲率を有
する比較的尖った熱電子放射陰極を用い、その先端から
出る熱電子を、陰極と陽極との間に印加する引出し電圧
で引出しつつ、ウェーネルトに阻止電位を印加して電子
レンズ作用を持たせることにより陰極付近にクロスオー
バを形成し、このクロスオーバの縮小像を2段から4段
の磁界または電界レンズを用いてウェハ上に形成し、こ
れを静電または電磁偏向器でラスタまたはベクトル走査
してパターン描画する。クロスオーバ像が点(ポイント
)であるので、この方法は点(ポイント)描画法と呼ば
れる。
Exposure equipment that uses a point beam uses a relatively sharp thermionic emission cathode with a curvature of about 10 μm, such as tungsten (W) used in scanning electron microscopes or lanthanum boride (LaB6). Thermionic electrons emitted from the tip are extracted by an extraction voltage applied between the cathode and anode, and a blocking potential is applied to Wehnelt to create an electron lens effect, forming a crossover near the cathode. A reduced image of is formed on the wafer using two to four stages of magnetic field or electric field lenses, and this is raster or vector scanned using an electrostatic or electromagnetic deflector to draw a pattern. Since the crossover image is a point, this method is called a point drawing method.

点描画法用の電子銃には、WやLaB6のロッドの先端
曲率を1000人程度にして尖らせ、こ\に電界を集中
させて10’V/cm以上の強電界にし、フィールドエ
ミッションによって電子を引出す種類のものがあり、そ
れが使用されることがある。
An electron gun for pointillism is made by sharpening the tip of a W or LaB6 rod with a curvature of about 1000 degrees, concentrating the electric field on this point to create a strong electric field of 10'V/cm or more, and collecting electrons by field emission. There are some types that can be used to draw out the .

しかし、ポイントビーム型の露光でウェハーの高速描画
を行なうことは絶望的である。仮に0.01μmのビー
ムで1cm”口を描画すると、10”個の点があるから
、レジスト感度は微細パターン描画の限度であるlO/
Ic/cI112、電流密度はフィールドエミッション
型の限度である100OA/cI11”としても、10
’秒の露光時間がか−り、このような露光装置が半導体
ICの製造ラインに用いられることは有り得ない。
However, it is hopeless to perform high-speed writing on a wafer using point beam type exposure. If a 1 cm" opening is drawn with a 0.01 μm beam, there will be 10" dots, so the resist sensitivity will be lO/, which is the limit for fine pattern drawing.
Ic/cI112, even though the current density is 100OA/cI11", which is the limit for field emission type, 10
It takes an exposure time of 10 seconds, and it is impossible for such an exposure apparatus to be used in a semiconductor IC manufacturing line.

可変矩形ビーム型では、第1の開口を有するアパーチャ
にビームを照射し、該アパーチャの開口を通過したビー
ムを電子レンズで第2のアパーチャの開口上に結像させ
、偏向(通常は静電偏向)によって該開口上で移動させ
て、第2のアパーチャの開口を通過するビームの形状と
大きさを変化させる。第1.第2のアパーチャの開口は
矩形であることが多いが、45度の斜線エツジを有する
形状や、更に複雑な形状である場合もある。要は、本方
式は、第1.第2のアパーチャの重なり具合を変化させ
て可変サイズの矩形等の成形ビームを得る。
In the variable rectangular beam type, the beam is irradiated onto an aperture having a first aperture, and the beam that has passed through the aperture of the aperture is imaged onto the aperture of a second aperture using an electron lens, and is deflected (usually by electrostatic deflection). ) over the aperture to change the shape and size of the beam passing through the aperture of the second aperture. 1st. The opening of the second aperture is often rectangular, but may also have a shape with 45 degree diagonal edges or a more complex shape. In short, this method has the following advantages: By changing the degree of overlap of the second apertures, a shaped beam of variable size, such as a rectangle, is obtained.

ステンシルマスク使用型では、上記の第2のアパーチャ
として、ICの描画に必要な種々パターンの開口を備え
るもの(ステンシルマスク)を用い、これらの開口の任
意のものを選択できるように偏向器の偏向幅を大きく取
る。ICではより繰り返し使用されるパターンがあり、
例えばICメモリでは全く同じ形状のトランジスタやキ
ャパシタや配線パターンがチップ上で何10万、何百万
となく繰り返されている。このくり返しの基本単位を形
成する各種パターンを配列して1つのブロックパターン
とし、また高頻度に使用される基本単位パターンを選び
出してこれを第2のブロックパターンとし、このような
ブロックパターンを、数μm〜数10μmの薄いシリコ
ン結晶板で作ったアパーチャ板上に配列してステンシル
マスクとし、これを用いである品種の、ある層のパター
ンを迅速、効率的に描画することができる。
In the stencil mask type, the second aperture is a stencil mask with apertures in various patterns necessary for IC drawing, and the deflector is deflected so that any one of these apertures can be selected. Make the width larger. In IC, there are more repeated patterns,
For example, in an IC memory, identically shaped transistors, capacitors, and wiring patterns are repeated hundreds of thousands or even millions of times on a chip. The various patterns that form this repeated basic unit are arranged to form one block pattern, and a frequently used basic unit pattern is selected and used as a second block pattern. The stencil masks are arranged on an aperture plate made of a thin silicon crystal plate with a thickness of 10 μm to several tens of μm, and can be used to quickly and efficiently draw a pattern of a certain layer of a certain product.

しかしながらステンシルマスクは別の品種のICの製造
には向かない。これは、各品種のICのパターン形状に
は共通性が必らずしもないからであり、通常はステンシ
ルマスクは1品種の1つの層に1枚作られる。
However, stencil masks are not suitable for manufacturing other types of ICs. This is because the pattern shapes of ICs of different types do not necessarily have commonality, and one stencil mask is usually made for each layer of one type.

ブランキングアパーチャアレー型では、前記の第2のア
パーチャの位置に、微細な開口を平面上に多数配列した
アパーチャ板を用いる。この開口の各々に2枚の電極が
あり、電極の一方をアース電位、他を0■または5vと
して、該開口を通るビームを直進/偏向させ、直進した
ビームは通すが偏向されたビームはカットする第3のア
パーチャを設けて、ウェハへ投射するビームをオン/オ
フし、パターン化する。ビームのパターン(マスクパタ
ーン)は各開口の電極へ加える電圧で任意に変更できる
から、各品種のICの1つの層に1マスク必要というこ
とはなく、これに共通に使用できる。
In the blanking aperture array type, an aperture plate in which a large number of fine openings are arranged on a plane is used at the position of the second aperture. Each of these apertures has two electrodes, one of the electrodes is at ground potential and the other is set to 0V or 5V, allowing the beam passing through the aperture to go straight or deflect, allowing the straight beam to pass through but cutting off the deflected beam. A third aperture is provided to turn on and off the beam projected onto the wafer for patterning. Since the beam pattern (mask pattern) can be changed arbitrarily by changing the voltage applied to the electrodes of each aperture, one mask is not required for each layer of each type of IC, and can be used in common.

前記■〜■のパターン化したビームを用いる露光装置で
はポイントビームを用いる露光装置に比べて露光速度を
大幅に向上させ得るが、共通的な問題点は、ビーム断面
上各点のビーム強度が正確に均一である必要があるが、
か\るビームは得がたい、ことである。
Exposure equipment that uses patterned beams as described in ■ to It needs to be uniform, but
It is difficult to obtain such a beam.

第4図にビーム露光装置の電子銃の従来例を示す。11
はLaB、単結晶のロッドで、先頭は曲率が30μmか
ら200μmの曲面にされている。
FIG. 4 shows a conventional example of an electron gun for a beam exposure apparatus. 11
is a single-crystal LaB rod, and the tip has a curved surface with a curvature of 30 μm to 200 μm.

12はグラファイトのブロックでLaBaのロッド11
を支持し、かつ通電加熱する。13がその電源である。
12 is a graphite block and LaBa rod 11
is supported and heated with electricity. 13 is its power source.

15はグリッドで、電′ri、16により負電圧を与え
られ、また17はアノードで、グランドに接続される。
Reference numeral 15 denotes a grid, to which a negative voltage is applied by voltages ri and 16, and 17 an anode, which is connected to ground.

カソードであるブロック12゜11は高抵抗14により
グリッドに接続され、いわゆるオートバイアスにより負
に保たれる。この電子銃10では、カソード、グリッド
間では電子ビームを抑制する電界が作用し、グリッド、
アノード間では電子ビームを加速する電界が作用し、電
源13によりグラファイトブロック12およびLa86
0ツド11を通電加熱すると、ロッド先端から電子が放
出され、グリッドの開口を通ったものがクロスオーバ2
1を作ったのち、アノードの開口を通って図示しないウ
ェハへ向けて投射される。LaB6のロッド11の端面
は、グラファイトブロック12より突出した平面とする
ものもある。
The cathode block 12°11 is connected to the grid by a high resistance 14 and kept negative by a so-called auto-bias. In this electron gun 10, an electric field that suppresses the electron beam acts between the cathode and the grid.
An electric field that accelerates the electron beam acts between the anodes, and a power supply 13 causes the graphite block 12 and La86
When the rod 11 is heated with electricity, electrons are emitted from the tip of the rod, and the electrons that pass through the openings in the grid are connected to the crossover 2.
1 is formed and then projected through an aperture of the anode toward a wafer (not shown). The end face of the LaB6 rod 11 may be a flat surface that protrudes from the graphite block 12.

この型の電子銃10は、LaB6を用いているので、高
電流かつ長寿命である。高真空にして使用し、その真空
を破ったのち再び高真空にして使用し、という使用態様
を繰り返しても電子放出に支障がなく、従ってビーム露
光装置に適する。ブラウン管などの電子銃に用いられる
酸化バリウム含浸型陰極ではこのような使用方法には耐
えられず、真空を破ったら再使用は不可能である。
Since this type of electron gun 10 uses LaB6, it has a high current and a long life. Even if the device is repeatedly used in a high vacuum state, and after the vacuum is broken, it is used again in a high vacuum state, there is no problem with electron emission, and therefore it is suitable for a beam exposure device. Barium oxide-impregnated cathodes used in electron guns such as cathode ray tubes cannot withstand such usage, and cannot be reused once the vacuum is broken.

しかしながらこの電子銃IOはビームの強度分布が正確
に均一ではない。電子はロッド11の先端からだけでな
く、根元(ロッド11のグラファイトブロック12側)
からも出ている。根元の方が加熱部に近く、温度が高い
ので、これは理由のないことではない。しかしこの電子
はカソード、−グリッド間の抑制電界により抑制され、
従ってロッド11から放出されるビームの強度分布(特
にグリッド15の開口を通る部分で見たそれ)は不均一
である。この電子銃では3極電子銃特有の電界分布によ
り静電レンズができており、電子は中心付近へ収束作用
を受けてクロスオーバ21を形成し、クロスオーバを通
過した電子の照射の角度分布を次式で表わされるガウス
型分布をしている。
However, in this electron gun IO, the beam intensity distribution is not exactly uniform. Electrons not only come from the tip of the rod 11 but also from the base (the graphite block 12 side of the rod 11)
It's also coming from. This is not without reason, since the root is closer to the heating part and has a higher temperature. However, these electrons are suppressed by the suppressing electric field between the cathode and the grid,
Therefore, the intensity distribution of the beam emitted from the rod 11 (particularly that seen through the apertures of the grid 15) is non-uniform. In this electron gun, an electrostatic lens is formed due to the electric field distribution unique to a three-pole electron gun, and the electrons are converged near the center to form a crossover 21, which changes the angular distribution of the irradiation of the electrons that have passed through the crossover. It has a Gaussian distribution expressed by the following equation.

f −exp (−θ2/A) こ\でθは角度方向のパラメータ、Aは定数である。通
常、可変矩形ビーム型露光装置では、矩形ビーム内部で
5%以上の均一度が必要であり、このような条件を課す
とビーム(全放出電流)の2%程度しか利用できない。
f −exp (−θ2/A) where θ is an angular parameter and A is a constant. Usually, in a variable rectangular beam type exposure apparatus, uniformity of 5% or more is required within the rectangular beam, and if such conditions are imposed, only about 2% of the beam (total emitted current) can be used.

今後更に微細なパターンを露光するには5%の均一度で
は不満があり、従って更に均一度を上げる必要があるか
ら、益々利用範囲が狭くなる。ロッド端面を平面にする
と均一度は若干改善されるが、質的にそれほど大差はな
い。
In the future, uniformity of 5% will be unsatisfactory in order to expose even finer patterns, and therefore it will be necessary to further increase the uniformity, which will further narrow the range of use. Although the uniformity is slightly improved by making the rod end surface flat, there is not a significant difference in quality.

放出電流の僅かな部分しか利用されないということは、
全放出電流をそれに逆比例的に増大する必要があるとい
うことであり、電力損失、各部の損耗が問題になる。L
aB、ロッド先端の消耗、第1の矩形成形用アパーチャ
の溶解、などがそれである。
The fact that only a small portion of the emitted current is utilized means that
This means that the total emission current needs to be increased inversely proportionally, which poses problems such as power loss and wear and tear on various parts. L
aB, consumption of the rod tip, dissolution of the first rectangular forming aperture, etc.

通常、第1の矩形成形用アパーチャはシリコンウェハで
作られる。シリコンの場合<100>基板に異方性アル
カリエツチングで<111>面を露出させるようにして
矩形開口を精度よく作ることができるが、全放出電流が
30KVで、700μA〜1mAになると溶解の危険性
がでて(る。
Typically, the first rectangular shaped aperture is made from a silicon wafer. In the case of silicon, rectangular openings can be made with high precision by exposing the <111> plane using anisotropic alkaline etching on a <100> substrate, but if the total emission current is 30 KV and 700 μA to 1 mA, there is a risk of melting. The sex is coming out.

タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(
MO)等の高融点金属で第2アパーチヤを形成すると、
溶解に対しては強くなるが、矩形開口の精度に不満が残
る。
Tungsten (W), tantalum (Ta), molybdenum (
When the second aperture is formed with a high melting point metal such as MO),
Although it is resistant to melting, the accuracy of the rectangular opening remains unsatisfactory.

このような損傷、消耗問題の解決には、カソードからの
放出電流を減らすことが必要である。放出電流が矩形ア
パーチャ通過電流に比べて大きい場合には、無駄な電子
流がクロスオーバに集まり、こ\で電子が相互に反発、
散乱するので、ビームのエネルギ分布が拡がる。エネル
ギ分布が広くなると、ウェハ面上での、電子レンズによ
る色収差が大になり、シャープなビームが得られないの
で微細パターンの露光ができなくなる。
To solve such damage and wear problems, it is necessary to reduce the current emitted from the cathode. If the emission current is larger than the current passing through the rectangular aperture, the wasted electron flow will gather at the crossover, causing the electrons to repel each other.
Because of the scattering, the energy distribution of the beam is broadened. When the energy distribution becomes wider, the chromatic aberration caused by the electron lens on the wafer surface increases, making it impossible to obtain a sharp beam and making it impossible to expose fine patterns.

LaB、、ロッドは温度が1500°C−1600°C
で使用するが、使用中に表面付近のLaB、が蒸発して
行き、結晶面<100>が露出してくるため形状が変化
し、放出電流の強度及び分布が変化して行(。このため
に寿命が余り長くない(1000〜2000時間)。先
端を平面にしたLaB、ロッドも事情は大同小異で、ビ
ーム強度の均一性が充分でなくて、第2のアパーチャの
溶解の危険性が高く、根元も消耗するため段々に細くな
り、先端面積が小さくなるので、電子ビーム照射特性が
変化して行く。
LaB, the temperature of the rod is 1500°C-1600°C
However, during use, LaB near the surface evaporates and the <100> crystal plane becomes exposed, resulting in a change in shape and a change in the intensity and distribution of the emission current. However, the lifespan is not very long (1000 to 2000 hours).The situation is much the same with LaB rods with flat tips: the uniformity of the beam intensity is not sufficient, and there is a high risk of melting the second aperture. As the root also wears out, it gradually becomes thinner and the tip area becomes smaller, so the electron beam irradiation characteristics change.

電子銃にはダイオードガンと呼ばれるものがあり、これ
はテレビジョンの分野では広く使われている。ダイオー
ドガンは第5図に示すようにカソード18、カッティン
グアパーチャ19、アノード17を備え、カソードはO
■、アパーチャは+20V、アノードは+300■にす
るので、いずれもカソードからの放出熱電子を加速する
。ビーム20は図示の如くなり、クロスオーバは作らず
、エネルギ分布が特別な拡がることはなく、均一度は高
い。しかしテレビジョンに使用するダイオードガンでは
、カソードは酸化バリウム含浸型で、アパーチャ、アノ
ード電圧も低く、電子ビーム露光には使用できない。
There is a type of electron gun called a diode gun, which is widely used in the television field. The diode gun has a cathode 18, a cutting aperture 19, and an anode 17 as shown in FIG.
(2) Since the aperture is set at +20V and the anode is set at +300V, both accelerate the thermionic electrons emitted from the cathode. The beam 20 is as shown, with no crossovers, no particular broadening of the energy distribution, and a high degree of uniformity. However, diode guns used in televisions have barium oxide impregnated cathodes, have low apertures and low anode voltages, and cannot be used for electron beam exposure.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

このように従来のLaB6使用電子銃は、ポイントビー
ム型の露光装置には適しているもあの、パターン化ビー
ム型の露光装置では均一度不充分、カソードやアパーチ
ャの消耗、損傷、等の問題がある。また、テレビジョン
用のダイオードガンでは、露光装置には使用できない。
As described above, although conventional electron guns using LaB6 are suitable for point beam type exposure equipment, patterned beam type exposure equipment has problems such as insufficient uniformity, wear and tear of the cathode and aperture, etc. be. Furthermore, diode guns for television cannot be used in exposure equipment.

しかしダイオードガンは均一度が高いという点で、パタ
ーン化ビーム型の露光装置の電子銃に注目される。
However, diode guns are attracting attention as electron guns for patterned beam exposure equipment because of their high uniformity.

ポイントはか\る点に着目するものであり、ダイオード
ガンを露光装置に適するように改良して、均一度が高く
、アパーチャ損傷などの問題がない電子銃を提供するこ
とを目的とするものである。
The purpose of this study is to improve the diode gun so that it is suitable for exposure equipment, and to provide an electron gun with high uniformity and no problems such as aperture damage. be.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

第1図に示すように本発明では、LaB、ロッド11と
それを支持し通電加熱するグラファイトブロック12で
構成される陰極と、カッティングアパーチャ19と、ア
ノード17を備える電子銃10とする。
As shown in FIG. 1, in the present invention, an electron gun 10 is provided with a cathode composed of a LaB rod 11 and a graphite block 12 that supports and heats the rod, a cutting aperture 19, and an anode 17.

ロッド11の先端面は平面(100面)であり、グラフ
ァイトブロック12の少なくともロッド11の周囲の端
面も平面でかつロッド11の先端平面と同一平面とする
。ロッド11の直径は100μm〜500μmである。
The end surface of the rod 11 is a plane (100 plane), and the end surface of the graphite block 12 at least around the rod 11 is also a plane and the same plane as the end surface of the rod 11. The diameter of the rod 11 is 100 μm to 500 μm.

カッティングアパーチャ19の開口は、ロッド11の先
端平面より狭く、そして該先端平面のはイ中夫に位置す
るように配置する。またアノード17の開口は、ビーム
20がアノードと衝突せずその開口中央部を貫通するよ
うに、ビーム断面より広くしておき、該開口15とビー
ム中心を合わせてアノードを設置する。
The opening of the cutting aperture 19 is narrower than the tip plane of the rod 11, and is arranged so as to be located in the middle of the tip plane. The aperture of the anode 17 is made wider than the cross section of the beam so that the beam 20 passes through the center of the aperture without colliding with the anode, and the anode is installed with the aperture 15 and the beam center aligned.

アノード17はグランド電位、カソードは負電位v1例
えば−30KVとし、アパーチャ19の電位■2は■2
=v1・L、/L2とする。これは均−電界の条件であ
り、これにより電位線はカソードからアノードまで等間
隔で、アノード等と平行に走り、電界はこれと直角に走
り、従ってビーム20は図示の如き平行ビームになる。
The anode 17 is at a ground potential, the cathode is at a negative potential v1, for example -30KV, and the potential ■2 of the aperture 19 is ■2.
=v1·L, /L2. This is a uniform electric field condition, whereby the potential lines run equidistantly from the cathode to the anode, parallel to the anode, etc., and the electric field runs at right angles thereto, so that the beam 20 becomes a parallel beam as shown.

アパーチャ19と陰極との間の電圧はIOV〜IKVが
好ましく、アパーチャ19に入射する電子流による加熱
熱量はIOW以下であるのがよい。
The voltage between the aperture 19 and the cathode is preferably IOV to IKV, and the amount of heating heat due to the electron flow incident on the aperture 19 is preferably less than IOW.

またアパーチャ19の開口を通過するビームの、矩形成
形用アパーチャに入射する分は80%以下とするのが好
ましい。
Further, it is preferable that the portion of the beam passing through the opening of the aperture 19 that is incident on the rectangular forming aperture is 80% or less.

〔作用] この構成の電子銃では、電子ビーム20の均一度が高い
(電子ビームの断面各点のビーム強度が均一)。これは
、■LaB60ッド11の先端面が平面であると、■支
持加熱用グラファイトブロック12の端面も平面で、ロ
ッド11の先端平面と同一平面であるので、エツジ効果
がないこと、■電界が全て加速電界で、平行、均一であ
ること、等に依る。
[Function] In the electron gun having this configuration, the electron beam 20 has high uniformity (the beam intensity at each point in the cross section of the electron beam is uniform). This is because: (1) if the tip end surface of the LaB60 rod 11 is flat, (2) the end surface of the graphite block 12 for support and heating is also flat and the same plane as the tip end surface of the rod 11, so there is no edge effect, and (2) the electric field It depends on the fact that all of the fields are accelerating electric fields, parallel, and uniform.

電子放出はLaB60ツド11が行なうので、大電流が
得られ、真空を破ったのちの再使用も支障ない。電子を
放出する先端面は平面であり、電界は均一電界であるか
ら、該先端面が使用で消耗しても電子放出に格別の影響
がない。
Since electron emission is carried out by the LaB60 tube 11, a large current can be obtained and there is no problem in reusing it after breaking the vacuum. Since the tip surface from which electrons are emitted is flat and the electric field is uniform, even if the tip surface is worn out during use, there is no particular effect on electron emission.

またビーム20は平行ビームで、アパーチャ19により
所要の矩形に成形しておくと、矩形成形用アパーチャ2
2でカットする部分が少なくなる(これは零にしたい所
であるが、露光装置の各エレメントの位置ずれを考える
と、零にするのは困難)ので、該矩形成形用アパーチャ
22の加熱、損傷を軽減できる。23はアパーチャ22
におけるビーム20の強度分布を示す。
The beam 20 is a parallel beam, and if it is shaped into a required rectangle by the aperture 19, the rectangular aperture 2
2, the area to be cut is reduced (I would like to make it zero, but it is difficult to make it zero considering the misalignment of each element of the exposure device), so the rectangular aperture 22 is heated and damaged. can be reduced. 23 is the aperture 22
2 shows the intensity distribution of the beam 20 at .

カッティングアパーチャ19はその開口部に対応するロ
ッド11の面から出た電子は該開口を通してアノード側
へ送るが、開口周囲の板部に対応するロッド11の面か
ら出た電子は該板部に吸引し、この電子流はアパーチャ
19を加熱することになる。この点では、アパーチャ1
9の開口はロッド11の端面と同じ大きさにするのがよ
い(大きくするとビーム強度や均一性で問題)が、位置
ずれを考慮すると同じ大きさにするのは問題で、若干小
さくせざるを得ない。従ってロッド11からアパーチャ
19への電子流は避けられないが、この間の距離(LI
  L2)が小さく、電界もそれ程強くはないので、電
子の衝突エネルギは小さく、アパーチャ19の過熱問題
は深刻ではない。
The cutting aperture 19 sends electrons emitted from the surface of the rod 11 corresponding to the opening to the anode side through the aperture, but electrons emitted from the surface of the rod 11 corresponding to the plate portion around the opening are attracted to the plate portion. However, this electron flow heats the aperture 19. At this point, aperture 1
It is best to make the aperture 9 the same size as the end face of the rod 11 (if it is made larger, there will be problems with beam intensity and uniformity), but if positional deviation is taken into consideration, making it the same size is a problem, so it has to be made slightly smaller. I don't get it. Therefore, the electron flow from the rod 11 to the aperture 19 is unavoidable, but the distance between this (LI
Since L2) is small and the electric field is not so strong, the electron collision energy is small and the problem of overheating of the aperture 19 is not serious.

〔実施例〕〔Example〕

第1図の電子銃でL+=10mm、LI−Lz=100
μm、Vt=  30KV、従ってV2−V、=+30
0V、LaBbロッドの先端面は〈100〉面で面積は
300μmφとすると、LaB6の電流密度は10 A
/am2、全放出電流は約7mAになる。アパーチャ1
9へ与えられるエネルギは2W、アパーチャ19の開口
径はlOOμmφ、アパーチャ通過電流は700μAで
ある。坪度βはJ・V、/ΔEで、ΔE=0.3 e 
V、 V+=30KVとするとβ=lO6A/Ω2とな
る。輝度106A / cm ”は、従来の丸い頭のL
aB6電子銃で得られている値20〜30KVで3X1
05A/印2に比べて可成り大きい。
With the electron gun in Figure 1, L+=10mm, LI-Lz=100
μm, Vt = 30KV, therefore V2-V, = +30
0V, the tip surface of the LaBb rod is a <100> plane and the area is 300μmφ, the current density of LaB6 is 10A
/am2, the total emission current will be about 7 mA. Aperture 1
The energy applied to the aperture 9 is 2W, the aperture diameter of the aperture 19 is lOOμmφ, and the current passing through the aperture is 700μA. The toughness β is J・V,/ΔE, ΔE=0.3 e
When V, V+ = 30KV, β = lO6A/Ω2. Brightness 106A/cm” is the conventional round head L
3X1 at 20-30KV, the value obtained with the aB6 electron gun
It is considerably larger than 05A/mark 2.

LaBaは余り細くすると研摩時に切損事故を起し易(
、このため300μmφ以下のものは製作しにくい。ま
たカソードとアパーチャとの間隔100μmも限界に近
く、これ以上接近させるとカソード加熱時に熱膨張で接
触、放電事故を生じ易い。
If LaBa is made too thin, it may easily cause a breakage accident during polishing (
, Therefore, it is difficult to manufacture one with a diameter of 300 μm or less. Furthermore, the distance between the cathode and the aperture of 100 .mu.m is close to the limit, and if the cathode and the aperture are made closer than this, contact and discharge accidents are likely to occur due to thermal expansion when the cathode is heated.

カッティングアパーチャ19の開口をLaB。The opening of the cutting aperture 19 is LaB.

ロッド11の端面より相当に小さくすると、ビームの均
一度はよくなるが、アパーチャへ入る電子が多くなって
過熱が問題になる。例えば上記の300μmφΦものに
対して1000μmφのもの(材料はTa)を作って動
作させてみた所、アパーチャ電流は70mA、終エネル
ギは21Wに達し、Ta製、50μm厚みのアパーチャ
は溶損してしまった。
If it is made significantly smaller than the end face of the rod 11, the uniformity of the beam will be better, but more electrons will enter the aperture and overheating will become a problem. For example, when I made a 1000μmΦ one (made of Ta) and operated it instead of the 300μmΦ one mentioned above, the aperture current reached 70mA, the final energy reached 21W, and the Ta-made, 50μm thick aperture melted. .

第2図に本発明の電子銃を具体的な形で示す。FIG. 2 shows the electron gun of the present invention in a concrete form.

全図を通してそうであるが、同じ部分には同じ符号が付
しである。25.26は支持柱で、Mo。
As in all figures, the same parts are given the same reference numerals. 25.26 is a support pillar, Mo.

Taなどで作り、グラファイトブロック12を支持し、
これに電流を供給する。27は支持柱25゜26を機械
的に連結し支持体で、セラミック(A2□03 )で作
る。(b)は(a)のカソード部の端面図である。19
aはアパーチャ19の開口である。
It is made of Ta and supports the graphite block 12,
Supply current to this. Reference numeral 27 is a support member that mechanically connects the support columns 25 and 26, and is made of ceramic (A2□03). (b) is an end view of the cathode portion of (a). 19
a is the opening of the aperture 19;

グラファイトブロック12へLaB60ツド11を取付
けるには、該ブロック12へ孔をあけ、そこへ同径の該
ロッド11を挿し込み、ロッドllの不要部を切除し、
端面をブロック12の端面と共に研磨して同一平面に仕
上げるという方法をとるが、グラファイトブロック12
へあける孔は浅くても(この場合理め込まれるロッド1
1の長さは短くなる)、または深く、更には貫通させて
もよい。第3図(a)(b)は後者の例を示す。12a
はブロック12へあけた貫通孔であり、こ\へ長さ1m
mLaB60ツド11を同図(b)の如く挿し込む。
To attach the LaB60 rod 11 to the graphite block 12, make a hole in the block 12, insert the rod 11 of the same diameter into it, cut off the unnecessary part of the rod 11,
A method is used in which the end face is polished together with the end face of the block 12 to make the same plane, but the graphite block 12
Even if the hole to be drilled is shallow (in this case, the hole to be drilled into the rod 1
The length of 1 may be shortened) or deeper or even penetrated. FIGS. 3(a) and 3(b) show an example of the latter. 12a
is a through hole drilled into the block 12, which has a length of 1 m.
Insert the mLaB60 screw 11 as shown in the same figure (b).

グラファイトブロックを2つ割にするのもよい方法であ
る。第3図(C)にこの例を示す。ブロック11に孔を
あけたら、ブロック12を2つ割にし、LaB、ロッド
11を線孔に挟んで保持する。なお孔は2つ割り後に溝
の形で形成してもよい。LaB60ツド11の加熱は、
グラファイトブロック12に通電して加熱し、その熱を
LaB、ロッドに伝えて該ロッド11を加熱する、とい
う経過をとるのが一般的である。第3図(C)でも同様
で、2つ割りブロック12.12の接触抵抗が大きいと
ロッド11を電流が流れるが、これによるロッド11の
加熱効果は殆んどない。
Another good method is to split the graphite block in two. An example of this is shown in FIG. 3(C). After drilling the hole in the block 11, the block 12 is split into two and the LaB and rod 11 are held between the wire holes. Note that the hole may be formed in the form of a groove after dividing into two. The heating of LaB60 11 is
Generally, the graphite block 12 is heated by applying electricity, and the heat is transferred to the LaB rod to heat the rod 11. The same is true in FIG. 3(C), and when the contact resistance of the two-split block 12.12 is large, current flows through the rod 11, but this has almost no heating effect on the rod 11.

La860ツドは1550’Cで先端からIOA/cm
2の電流が流れる。カソードから出る全電流は7mAで
、先端から10A/cTII2の電流密度で電子が出る
。カソードからでる全電流は70mA以下であり、カッ
ティングアパーチャの消費電力は2.IWで、この程度
では溶解しない。
La860 tube is IOA/cm from the tip at 1550'C
2 current flows. The total current from the cathode is 7 mA, and electrons exit from the tip at a current density of 10 A/cTII2. The total current coming out of the cathode is less than 70mA, and the power consumption of the cutting aperture is 2. IW does not dissolve at this level.

アパーチャ19の50μmの孔を出るビームは70μA
で、輝度は10’A/cm”となり、第1のシリコンの
矩形成形用アパーチャに照射する。
The beam exiting the 50 μm hole in aperture 19 is 70 μA
Then, the brightness was 10'A/cm'', and the first silicon rectangle forming aperture was irradiated.

このビームの均一度は中心から25μmの部分でも98
%以内であってビームの強度分布はは望矩形である。従
って25μm口のアパーチャ開口をおいて約30μへの
矩形ビームを形成できる。シリコンアパーチャでカット
する分は40μAで、30KVの加速電圧で1.2Wの
熱発生であり、これではシリコンが溶解することはない
The uniformity of this beam is 98% even at a distance of 25 μm from the center.
%, and the beam intensity distribution is rectangular. Therefore, a rectangular beam of about 30 μm can be formed with an aperture opening of 25 μm. The amount cut by the silicon aperture is 40 μA, and 1.2 W of heat is generated at an accelerating voltage of 30 KV, which does not melt the silicon.

アノードまでの空間に磁界レンズを置いて、カッティン
グアパーチャの4倍像を第1の矩形成形用アパーチャ上
に作れば、100μm口の該シリコンアパーチャが均一
に照射できる。
If a magnetic field lens is placed in the space up to the anode and a 4x image of the cutting aperture is created on the first rectangular forming aperture, the 100 μm silicon aperture can be uniformly irradiated.

本発明の電子銃をブランキングアパーチャアレイ方式の
露光装置に使用すると、100A/cm”の電流密度、
0.02μmの最小パターンサイズ、10μc/cm”
のレジストを使用して、任意のパターンルールにおいて
、1.3秒で1120の領域が露光できる。従ってlG
ピッ)DRAM(最小パター70.1am)8インチウ
ェハが5分以内で露光できる。
When the electron gun of the present invention is used in a blanking aperture array type exposure apparatus, a current density of 100 A/cm'',
Minimum pattern size of 0.02μm, 10μc/cm”
Using this resist, 1120 areas can be exposed in 1.3 seconds with any pattern rule. Therefore lG
B) DRAM (minimum pattern 70.1am) 8-inch wafer can be exposed within 5 minutes.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明では、■カッティングアパー
チャに当たるビットを減らしてなおかつ、■均一電界を
かけて電子を引き出してLa86チツプの最高輝度LO
6A/cmzを達成することができ、■比較的少ない電
流をドリフト空間の中にとりだすので、電子−電子相互
作用によるエネルギ分散を抑え、■第1の矩形成形アパ
ーチャの溶解を押さえて、■矩形ビームの均一度とエツ
ジシャープネスをあげ、微細なビームによって超大規模
なLSIの露光が可能となる、効果が得られる。
As explained above, in the present invention, 1) the number of bits hitting the cutting aperture is reduced, and 2) a uniform electric field is applied to draw out electrons to achieve the maximum brightness LO of the La86 chip.
6A/cmz can be achieved, ■ A relatively small amount of current is taken out into the drift space, so energy dispersion due to electron-electron interaction is suppressed, ■ Dissolution of the first rectangular aperture is suppressed, and ■ The rectangular shape is This has the effect of increasing the uniformity and edge sharpness of the beam, and making it possible to expose ultra-large scale LSIs with a fine beam.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の原理説明図、 第2図は本発明の詳細な説明図、 第3図はブロック12へのロッド11の取付は方法の説
明図、 第4図および第5図は従来例の説明図である。 第1図で11は電子発生材料のロッド、12は支持通電
加熱ブロック、19はカッティングアパーチャ、17は
アノード、22は矩形成形用アパーチャである。 10:it子銃 Ll 本発明の原理説明ス ブロック12へのロットl!の取付は方法の説明図第3
Fig. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention, Fig. 2 is a detailed explanatory diagram of the invention, Fig. 3 is an explanatory diagram of the method for attaching the rod 11 to the block 12, and Figs. 4 and 5 are conventional illustrations. It is an explanatory diagram of an example. In FIG. 1, 11 is a rod of electron-generating material, 12 is a supporting current heating block, 19 is a cutting aperture, 17 is an anode, and 22 is a rectangular forming aperture. 10: It sub-gun Ll Explanation of the principle of the present invention Lot l to block 12! The installation method is shown in the 3rd explanatory diagram.
figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、電子銃から発生する電子ビームを、ビームパターニ
ング用のアパーチャの開口部に当て、該アパーチャの開
口を通過した電子ビームを用いて描画を行なう電子ビー
ム露光装置において、該電子銃が、電子発生材料のロッ
ド(11)とそれを支持し通電加熱するブロック(12
)で構成される陰極、カッティングアパーチャ(19)
、およびアノード(17)を備え、 該ロッドの電子放出先端面は平面に、かつ該ブロックの
端面と同一平面に仕上げられ、 カッティングアパーチャの開口は、該ロッドの先端平面
より狭く、そして両者の中心を合わせて取付けられ、 陰極とカッティングアパーチャ間、カッティングアパー
チャとアノード間には、各々の距離(L_1−L_2、
L_2)に比例する値の、そして電子を加速する極性の
電圧が加えられることを特徴とする電子ビーム露光装置
[Claims] 1. An electron beam exposure apparatus that applies an electron beam generated from an electron gun to an aperture opening for beam patterning and performs drawing using the electron beam that passes through the aperture opening. The electron gun consists of a rod (11) of electron-generating material and a block (12) that supports it and heats it with electricity.
) consisting of a cathode and a cutting aperture (19)
, and an anode (17), the electron-emitting tip surface of the rod is finished flat and flush with the end surface of the block, the opening of the cutting aperture is narrower than the tip plane of the rod, and the center of both The distances (L_1-L_2,
An electron beam exposure apparatus characterized in that a voltage having a value proportional to L_2) and a polarity that accelerates electrons is applied.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000331632A (en) * 1999-05-18 2000-11-30 Nikon Corp Electron gun, electron beam exposure transfer device, and manufacture of semiconductor device
JP2007053128A (en) * 2005-08-15 2007-03-01 Nikon Corp Electron gun and electron beam aligner

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