JPH03503337A - 大面積且つ均一な電子ソース - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 大面積且つ均一な電子ソース 発明の背景 本発明は、広く、コーティング及び素材を曝射し処理する電子曝射システムに関 する。特に、本発明は、大面積且つ均一な放出区域を持つ、冷陰極ガス放出電子 ソースに関する。

制御可能で、均一で、弱い真空に対して鈍感で、且つ寿命の長い、大面積の電子 ビーム・ソースを必要とする場合がある。従来から、電子ビームの大面積曝射を 必要とする材料処理や半導体デバイス処理に用いられる多くの方法がある。これ らの方法の多くは、電圧及び電流で制御され、又照射される材料からのガス放出 に耐えることの出来る電子ビーム・ソースを必要とする。大容積の材料の処理に 用いられる電子ビームソースは多くの場合真空窓によって隔離されており、これ によって電子放出陰極を処理材料からのガス放出から保護している。大面積の電 子透過真空窓を作ることが困難なため、これらのシステムは小いさな走査ビーム を利用する。この場合、これは広い面積を均一に走査するマスク（ｒａｓｔｅｒ ）である。高度のスルーブツト処理を達成するためには、大面積又は投光ビーム 電子ソースを用い、基質全体を同時に曝射すると良い。しかしながら、真空窓が 無いので、これらの大きな電子ソースは処理される材料からのガス放出に対して 鈍感でなければならない。

各種の大面積熱電子放出陰極が開発されている。然し、この型のソースは寿命を 長くするために良好な真空環境を必要とし、又、大量の熱を発生し、これが処理 中の材料に有害な影響を与える。熱に敏感な材料を処理するためには、冷陰極が 好ましい。各種の冷陰極が既に装置化されている。大面積ガス放出ソースを利用 した電子ビームシステムがＲｏｃｃａ氏によって米国特許４．４９６．４４９号 に開示されている。別の大面積電子曝射システム（冷陰極使用）がＨｉ　ｒｏａ ｋａ氏、米国特許４．Ｊ、１９，８８８号で、この中に、シャドウマスクを照ら すパルス・グロー放電が記載されている。然し、このパルス・グロー放電に於い て、均一な曝射と、正確な線量制御（ｄｏｓｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ）を得ることは 困難アある。一般的なグロー放電ソースは安定抵抗器（ｂａｌｌａｓｔ　ｒｅｓ ｉｓｔｏｒ）を必要とし、運転真空圧力に高度に依存する。光電子放出を基礎と する別の大面積陰極が米国特許４，５５４，４５８号に開示されており、シャド ウマスクを照らすために特許になっていない光電子陰極を使っている。然し、こ の光電子陰極は犯され易く、極度に清浄な高真空環境を必要とする。

一般的なグロー放電法に於いては、加速電圧及び圧力が放電を制御するために調 節される。電流を顕著に変えること無く、又は放電を継続するために圧力を調節 すること無く、又はこの両方を行うこと無く、加速電圧を大幅に変更することは 出来ない。ターゲットの基質がガス放出すると、圧力が上り、ビームの流れが制 御不可能に上昇する。米国特許３．８５２，５９８号に於いて、この問題が、照 射されるターゲットから陰極を離して置き、この２つの封入された物を差別ボン ピング（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｌ　ｐｕｍｐｌｎｇ）することによって陰極を 保護する、ことによって解決されている。この差別ボンピングのために、ビーム の通過する小いさなアパーチャを除き、２・つの容積体が物理的に分離されてい る。このアパーチャを出来るだけ小さくして真空コンダクタンスを制限し、大き な圧力差がこの２つの間で維持されるようにする。この技術は大面積電子ビーム には使うことが出来ず、この場合は、陰極とターゲットとの間のスペースが開放 され、互いに妨げの無いようにしなければならない。

グロー放電電子ソースを制御するために差別ボンピングを用いた別の従来技術の 実施例に於いて、Ｉ　ｎｄｕｎ　１（Ｈｅｌｖ、Ｐｈｙｓ、Ａｅｔａ　２０，４ ６３．１９４７　）は主として単一エネルギーの電子ビームを作る手段を発明し た。Ｉ　ｎｄｕｎ　ｉは、ガス放出電子ソースの電離及び加速域を、陰極をチュ ーブの中に封入し、小いさなアパーチャの陽極を陰極近くに置くようにした。こ の小いさなアパーチャ陽極が、陽極に向かって加速されている電子の平均自由行 程（ｍｅａｎ　ｆｒｅｅ　ｐａｔｈ）よりも短い距離に置かれる。従って、加速 電界に於いては電離は行われない。陽極アパーチャを通過した電子が大きな室に 入り、この零電界空間の中でイオンを作り出す。この小いさな陽極アパーチャ近 くに、たまたま、吹き寄せられたこれらのイオンが、アパーチャから突き出る加 速電界に引き込まれる。

この電子放出が零電界空間の圧力を調節することによって制御される。小いさな アパーチャが用いられるので、その真空（圧力）レベルを、加速電界と電離電界 との間で違えることが出来る。これによって、加速電界区域内を高真空に保ち、 高電子エネルギ一作業による高電圧の電圧破壊の発生を軽減することが出来る。

Ｉ　ｎｄｕｎ　ｉの電子銃はガス放出電子ソースの多くの問題を解決したけれど も、これは非常に直径が小さく且つ小いさな角度のビームを作り出し、面積の大 きいターゲットを迅速に曝射するのには不適である。この特殊なソースの別の欠 点は、放出流を変えるためには真空容器（電離域）の圧力を変える必要がある点 である。放出流の大きな変更を行うためには、圧力を大幅に変化させなければな らない。これは重大な欠点であって、真空システムの中の圧力を迅速且つ正確に 変更又は制御することが非常に難しいからである。Ｉｎｄｕｎｉの陰極の別の欠 点は、これが、一定の加速電圧で作業するように設計されているにも拘らず、場 合によっては、加速電圧を連続的に変化させ、電子ビームのエネルギーがターゲ ットの上に入射出来るようにすることが好ましい場合があるからである。Ｉ　ｎ 　ｄ　ｕ　ｎ　ｉのデバイスに於いては、これは、圧力の変化を大幅に且つ正確 に制御して、一定の放出流を保つ以外に方法が無い。

以上の説明によって、改良された電子ソースに対する大きなニーズがあり、上述 した従来の電子ソースの欠点を克服しなければならない、ことが理解頂けたと思 う。特に必要とするものは、大面積、均一、冷、電子ビームであって、連続的に 電圧を変更することが出来、且つソフトな真空に於いて作業することの出来るも のである。理想的には、この電子ソースは連続的に変更可能の加速電圧を持ち、 これが、半導体デバイスの製造における面積の広い基質を迅速に処理するために 用いられ、高分解能のシャドウマスク・リソグラフィー、光抵抗キユアリング又 は硬化、リフトオフ・プロセスを助け、抵抗のコントラストを強め、又は抵抗の パターン・ディメンション又はパターン・エツジ・プロフィルを制御するための 、抵抗の絨穂曝射、に用いることが出来るものである。本発明の目的の１つは、 １から３０ＫｅＶ　（１０００電子ボルト）に連続的に変更することの出来るビ ーム電圧を提供し、一方、真空圧力を容易に制御することの出来る狭い範囲に保 つ如くにすることである。

本発明の別の目的は、大面積の放出域を持つ改善された冷陰極ガス放出ソースを 提供することで、例えば、１から８インチ直径のものである。本発明の更に別の 目的は、容易に調節することの出来る低いバイアス電圧で、迅速且つ正確に制御 することの出来る電子ソースを提供することである。例えば、０から１０ボルト で、作業真空レベルを大幅に変更すること無く、加速電圧を連続的に変更するこ との出来るデバイスを提供することである。本発明の更に別の目的は、その全面 に於いて実質的に均一な放出を行う大面積陰極を提供することで、その放出面が 、汚染され、ポイズンされ、焼け、酸化され、たりすること無く、電子ビームに よって照射されるターゲットによってガス放出されるガスのスペシーズに対して 全体的に鈍感なものである。最後に本発明の目的は、ビーム幅の広い電子ソース を提供することで、これが、パルス的よりもむしろ連続的放出モードで、弱い即 ちソフトな真空条件で、且つ、しょうしゃされるターゲットに対し至近距離で、 作業することの出来るものである。

これらの目的がすべて本発明によって達成される。以下に本発明の要約を記載す る。

発明の要約 本発明は大面積電子ソース及びその運転方法に関する。本発明の電子ソースは連 続的に、安定して、無制限に、弱い真空環境の中で運転することが出来る。この 電子ソースはグロー放電陰極を使用し、この陰極とその電子を差し向けるターゲ ットとの間に中間グリッド陽極を持っている。このグリッドが上記陰極によって 放出される電子の平均自由行程よりも小さい距離上記陰極から離れて置かれる。

上記陰極からの電子放出が上記グリッドに掛けられた低電圧で制御され、上記陰 極の加速電圧が数百ボルトから３０Ｋｖ以上に連続的に変更することが出来る。

更に、上記グリッド陽極が、上記ターゲットの面に於いては解像することが出来 ない程小いさな寸法の細かいメックの線材で作られている。これが安価で丈夫で 且つ均一な大面積電子ビームソースを持ち、その電圧及び電流を変えて、各種の 材料及びコーティングを処理することが出来る。更にこのデバイスに走査コイル を用い、ターゲツト面に於ける入射ビームの均一性を更に高めることが出来る。

別の実施例に於いては、可動ステージが用いられ、この上のターゲット又は基質 をビーム形成アパーチャの下に移動させることが出来る。これが電子積分器と組 み合わされて、電子ビーム曝射に対する材料の感度の特徴を示す簡単で正確なシ ステムを提供する。この丈夫な電子ビームソースの別の適用例として、光抵抗を 交差結合させ安定化するためのキユアリングの道具にこれを使うことが出来る。

このシステムは又基質から取り除く必要のある下側のフィルムをディスラブド即 ち破壊する場合のリフトオフ処理（１１ｆｔ　ｏｆｆ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　 ）の手段に使うことが出来る。

以上の説明によって、本発明がグロー放電電子ソースの１つの目覚ましい進歩を 代表していることがお判りと思う。特に、本発明は、加速電圧又は圧力に関係な く、放出流を正確且つ容易に制御することが出来る。更に、本発明は、従来のい かなるグロー放電電子デバイスと比較しても、低放出流に於いてより正確に且つ より均一に、放出流を制御することが出来る。別の記述に於いて、バイアスされ たグリッドが電子放出流の制御に使われていたが、電離域の外に置かれたバイア ス・グリッドを使用し、陰極に向かうイオンの流れを制御することによって放出 を制御する点は、完全に新規な点である。

本発明のその他の特徴利点に就いては図面を用い実施例に於いて明らかにする。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による新しい電子ソースの１つの実施例を含む電子ビーム曝射 装置の簡略化した平面図、第２図は、第１図の一部分を、その作用の詳細と共に 、模式図的に示す平面図、 第３図は、本発明をシャドウマスク・リソグラフに適用した場合を、第１図と同 様に示す平面図、第４図は、抵抗の感度を決定する曝射具として用いられた本発 明の１つの実施例の模式図、 第５図は、リフトオフ処理法に本発明を適用した状況を示す模式図、 第６図は、ビーム流を制御するためにフィードバックを用いた例を、第１図と同 様に示す平面図、である。

最も好ましい実施例の説明 添付した図面に示す如く、本発明は、コーティング及び材料を曝射し、処理する ために用いられる電子ソースの分野の改良に関する。特に、本発明は、大面積の 放出面を持ち、各種の材料を処理するために電圧及び電流を容易に調節すること が出来る、新規な冷陰極ガス放出電子ソースに関する。

本発明によって、冷陰極ガス放出電子ソースが、真空室２０と、大面積陰極２２ と、零電界区域３８に置かれるターゲット又は基質３０と、及び、上記ターゲッ ト３０と陰極２２との間に置かれるグリッド（メックの細かいスクリーン）陽極 と、を含み、この陽極と上記陰極との間の距離が陰極から放出される電子の平均 自由行程の長さよりも小さい。後述する如く、この電子ビーム流は、グリッド２ ６に掛けられるバイアス電圧を変化させることによって広い範囲で変更すること が出来る。

本発明の装置は更に、グリッド２６を大面積陰極２２から絶縁するする高圧絶縁 体２４と、真空室の外側に置かれる陰極カバー絶縁体２８と、真空室２０の中の 圧力を制御する可変リークバルブ３２と、陰極２２に接続された可変高圧電源２ ９と、及びグリッド２６に接続された可変低圧Ｏ〜１００ボルト電源３１と、を 本発明の装置を運転する場合、電子ビームで曝射される基質がターゲツト面３０ の上に置かれ、真空室２０が大気圧から１から２００ミリバールに下げられる。

正確な圧力が、圧力を±１ミリバールの精度で制御することの出来る可変比リー クバルブ３２を介して制御される。曝射が行われる高電圧（５００ボルトから３ ０，０００ボルト以上の間のネガティブ電圧）が高圧電源２９を介して陰極２２ に掛けられる。

可変電源３１（例えば電流をソース（ｓｏｕｒｃ！ｎｇ）又はシンク（ｓｌｎｋ ｉｎｇ　）することの出来る直流給電）がグリッド陽極２６につながれる。グリ ッドの電圧が陰極からの電子放出の制御に使われる。この点に就いては第２図で 後に説明する。

電子の放出を開始するためには、陰極２２とターゲット３０との間の空間のガス が電離されなければならない。これは自然に発生するガンマ線によっても起こる が、その代わりに、高圧のスパーク・ギャップによって真空室の中で人工的に放 出を開始することが出来る。この最初の電離が起こると、＋イオン４３が、グリ ッド２６に掛けられている僅かに負の電圧（０から一８０ボルト）によってグリ ッド２６に引き付けられる。

これらの＋イオン４２が陰極２２とグリッド陽極２６との間の加速電界区域３６ に入り、陰極に掛けられている高圧（−５００から−３０，０００ボルト）によ って陰極面２２に向かって加速される。これらの高エネルギーのイオンが陰極面 に衝突し、２次電子４４を作り出し、これらがグリッド２６に向かって逆に加速 される。陰極面に対してほぼ直角に移動するこれらの電子の一部はグリッド（陽 極）構造体２６に衝突するが、大部分はグリッドを通過してターゲット３０に向 かって移動し続ける。

これらの高エネルギーの電子が、グリッド２６とターゲット３０との間の空間に あるガス分子を電離する。

細かいメックのグリッド２６が、陰極によって放出される電子の平均自由行程よ りも小さい距離で置かれる。従って、グリッドと陰極との間の加速電界区域３６ では顕著な電離は起きない。（一般的ガス放出デバイスに於いては、放出された 電子が加速電界区域に於いて更に＋イオンを作り出し、これらのイオンの全てが 陰極に向かって逆加速され、更に電子放出を行い、この放出がアバランシェ即ち 電子なだれを起こし易く、不安定な高圧ブレークダウン状態となる。）然し、本 発明に於いては、グリッドの外側に作られたイオン４２がグリッド２６に掛けら れた電圧によって制御される（即ち反発されたり引付けられたりする）。従って 、放出（電子ビームの流れ）が、グリッドの電圧を変化させることによって、非 常に小さい流れから非常に大きな流れに亘って、連続的に制御される。

この代わりに、この電子放出を可変リークバルブ３２によって行うことが出来る 。これはターゲットと陰極との間の電離区域の分子の数を上げたり下げたりする ことが出来る。然し、室の圧力の調節応答時間が遅いので、先ず圧力を調節して 、はんの僅かな放出流を作り、次に、グリッド２６のバイアス電圧を使い、放出 流を迅速且つ正確に制御するようにした方が良い。

この電子放出は、グリッド２６に十電圧を掛け、十のグリッド電圧が、グリッド ２６とターゲット３０との間の空間に作り出された十のイオン・スペシーズのエ ネルギーを超す如くにすることによって完全にターンオフすることが出来る。グ リッドは陰極から４ｍｍ以下の距離に置くことが出来ることが判った。この距離 は、最低電圧（５００ボルト）及び好ましい作業真空レベルに対する電子の平均 自由行程よりも小さい。

Ｉ　ｎｄｕｎ　ｉが行った従来技術に於いては、ブレークダウンを防ぐために、 彼は加速電界を高真空度にする点について努力した。

幸いにして、本発明の好ましい作業真空レベルは最高の誘電電気力（ｅｌｅｃｔ ｒｉｃａｌ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ）の区域内に在る。従っ て、グリッド−陰極ギャップを非常に小さくして、これが所望の最低の作業加速 電圧によって決定される平均自由行程より小さくなるようにしなければならない が、このシステムの運転される真空レベルに於いては、真空のブレークダウン中 ストレングスが、特定のグリッド−陰極間隔に掛けられる最高の作業電圧によっ て作り出される電界よりも大きい。この低い即ちソフトな真空レベル（２０から ８０ミリトール）は、安価なメカニカル真空ポンプによって容易に到達すること が出来、又陰極２２とターゲット３０とを、同じ真空環境の中で、互いに接近し て置くことが出来る。

更に、この、電子放出によってもたらされるイオン衝撃の機構は陰極の放出面を 清浄且つ均一に保つことが出来る。この連続的イオン衝撃は、アルミニウムの如 きスパッタリング・イールドの低い陰極材料を使うことによって、陰極表面のス パッタリングによる腐食を起こすが、本発明の陰極は数千時間連続使用してもそ の交換を必要としない。

陰極２２から放出された電子がグリッド２Ｂに向かって加速され、グリッド及び 陰極の面に対してほぼ直角に移動する。電子の一部がグリッドによって遮られ、 一部がグリッドによって散乱される。ターゲット３０がグリッドから数ミリメー ターの所にあれば、電子はターゲット上にグリッドの像を投射する。然し、ター ゲットがグリッドから例えば１０から２０ｃｍの如き大きな距離４Ｂに置かれれ ば、電子ビームが（最初の直角方向の速度及び散乱によって）拡散し、放出面全 体に綺麗な均一な電子流密度を形成する。第３図に示す如く、曝射室を囲む偏向 コイル３４によって作り出される時間的に変化する磁界によってターゲットに対 してビームを前後にスィーブすることによって、ターゲットの照射を更に均一に することが出来る。

本発明の別の実施例はシャドウマスク・リソグラフィーに使うことが出来る。第 ３図に示す如く、アパーチャ・プレート即ちマスク４８がグリッド２６とターゲ ット３０との間に、ターゲットに接して又は接近して置かれる。ターゲット３０ に向かって移動する電子が、図に参照符号５０で示す如く、加速電界によってほ ぼ規準され、比較的小いさな横方向速度を持ち、ターゲットに接近して置かれた シャドウマスク、例えばプレート４８、が、マスク即ちアパーチャ・プレートを 通過した電子ビーム５２によって正確に写し撮られる。この様にして描かれたリ ソグラフィーが本発明によって行われる。

本発明の更に別の実施例に於いては、第４図に示す如く、抵抗感度用具（ｒｅｃ ｉｓｔ　５ｅｎｓｉｔｉｖｌｔｙ　ｔｏｏｌ　）として用いられ、形状を持った アパーチャ５４がグリッドとターゲットとの間に置かれる。このアパーチャが均 一なビーム流密度を持った小いさな形状の電子ビームを形成する。次に、ターゲ ット材料がビームの下でスキャン即ちステップされ、基質又はターゲットの上に コーティングされた電子感応の抵抗の中に多数のパターンを作る。電子ビームが 形状を持ったアパーチャ５４を通過し、可動スライド５８の上に装着されたター ゲットの基質５６に衝突する。基質５６の四角形５９を曝射した後、スライド５ ８が親ねじ駆動部６０及びクランク６２によって動かされる。このクランク動作 が、適当なロータリー・メカニカル真空フィードスルー（図示無し）によって真 空システムに連結される。

基質５６を移動させて、抵抗の次の新しい部分６１を曝射出来るようにする。多 数の曝射が異なった曝射線量及び加速電圧で行われる。この技術は抵抗の感度を 評価する場合、非常に有効な手段である。基質面に一連の四角形曝射を行い、各 四角形が若干具なるレベルの曝射が行われるようにすることによって、抵抗の感 度曲線を迅速に描くことが出来る。本発明以前に於いては、これは非常に高価な 電子ビームリソグラフィー・システムによってのみ可能であった。本明細書に於 いて重要な点は、曝射される各形状に於いて正確且つ均一な曝射が行われる点で ある。磁気偏向コイル３４を用い、アパーチャの上でビームを偏向させることに よって、より均一な曝射を行うことが出来ることが判った。この偏向コイルがパ ターン形成アパーチャの上の陰極放出区域の各部分をスキャンし、陰極放出の全 ての不均一性を平均化する。このアパーチャの大きさが判っているので、曝射線 量が、基質に達するトータルの積分ビーム流を測定する簡単な電子積分器６６で 決定される。この基質が積分器に電気的に接続されており、これがキャパシタ６ ８と、演算増幅器７０と、及びボルトメータ７２と、から成っている。基質によ って集められたビーム流がフィードバック・ループを介してキャパシタ６８をチ ャージする。演算増幅器７０の可逆人カフ４が、非司逆入カフ８で示すバーチャ ル・アースである。増幅機比カフ６に於ける電圧が、Ｄ−ＥＣ／Ａで示す線量に 関係し、この場合、Ｄはクーロン／ｅ＋ｅ”で現す曝射線量であり、Ｅは出カフ ６に於ける電圧であり、Ｃはキャパシタ６８のファラッドで示すキャパシタンス であり、Ａはアパーチャ５４の面積Ｃｌ１１２である。この線量制御方法の利点 は、これがリャルタイムで実際の線量を測定する点である。従来の電子ビームリ ソグラフィー・システムに於いては、曝射線量が、曝射時間と、実際の曝射の前 後に於けるビーム流の独立した測定値と、によって間接的に決定される。

本発明の別の実施例は抵抗キユアリングに関するものである。半導体の製造に於 いては、パターン・リソグラフィーを行った後、エツチングに先立って、抵抗層 の硬化即ちキユアリングを行わねばならない。従来法はこの抵抗を高温にペイキ ングする方法が用いられる。然し、この高温に於いて抵抗が僅かに溶け、パター ン区域がゆがむ。抵抗の電子ビーム曝射は非熱手段によって抵抗を交差結合及び 硬化する。基質は室温で処理され、抵抗を曝射することによって完全に交差結合 され、パターンが流れることが無い。本発明の場合、抵抗のキユアリングは紫外 線キユアリング又はベーキングより迅速で、より丈夫な抵抗フィルムが出来る。

更にこの電子ビームは２０マイクロメーターまでの非常に厚い抵抗を、３０Ｋｅ Ｖでキュアすることが出来、これは従来の紫外線キユアリングシステムではキユ アリング出来ない厚さである。紫外線放出が抵抗の表面層に吸収される。本発明 以前、抵抗の電子ビームキユアリングは、従来の電子ビーム・リソグラフィー・ システムの費用と所用時間が余りに高かったので、一般的に普及しなかった。本 発明の場合５、上述した如き安価な電子ソースを使用することによって、コレガ ミ子ビーム・キユアリングがベーキング又は紫外線キユアリングの好ましい代替 手段になった。

本発明の別の適用例はリソグラフィー用の容易に調節された電子ビーム・ソース の提供に関するものである。多くの電子ビーム・リソグラフィーに於いては、電 子ビームのエネルギーが非常に高い所にあり、ターンオン（非消去）及びオフ（ 消去）が難しい。従来システムで消去するためには、ビームがアパーチャから電 子の光学コラムの中に偏向される。然し、このやり方には欠点があり、即ち、タ ーゲツト面のビームが消去が起きている間に動き、書かれているパターンに好ま しくないアノマリ−即ち変則状態を引き起こす。更に、消去アパーチャをビーム が連続的に衝撃するため、ビームを偏向させるアパーチャの汚染とチャージング がおき、書かれているパターンの−に誤差が生じる。本発明を実施する場合は、 従来システムより低い真空レベルで、電子放出が陽極アパーチャ即ちグリッド２ ６をバイアスさせることによって行われ、又、高エネルギーのビーム＞３０Ｋｅ Ｖが、グリッドの電圧を僅かに（１から５ボルト）変えることによってターンオ ン及びオフすることが判った。出口アパーチャ又はグリッド陽極のこの小いさな 電圧はビームの到着位置に実質的な影響を与えることが無い。このことによって 、この電子ソースを使って高い解像度の電子ビーム・リソグラフィー及びパター ン・ジェネレーションが可能となり、これと共に、集積回路デバイスを検査する 電子ビームの如き、変形された電子ビームを必要とするその他のものへの適用が 可能となる。

本発明の更に別の極めて有効な適用例は半導体製造に用いられるリフトオフ処理 の１つの手段として用いられるものである。パターン金属フィルムを沈積させる 場合のリフトオフ技術は半導体処理に於いて一般的になって来ている。第５図に 示す如く、パターンを描く基質８２が、ホトレジスト８４でコーティングされ、 一般的なホトリソグラフィーを用いて曝射され、デベロープされる。基質に沈積 すべき金属が、レジスト・フィルム８４の上に、参照符号８６で示す如くに、又 、レジストの中にデベロープされた窓の中の基質８２に直接、符号８８で示す如 くに、蒸着又はスパッターされる。

この方法のこの時点に於いて、残っていることは、符号８Ｂの部分の金属の下の 区域に残っていているレジストを溶かし、これによって区域８８の金属フィルム を特定のパターン区域にのみ残す如くにすることである。然し、これはりフトオ フ処理の中で最も困難な段階であって、その理由は、金属フィルムがレジストを 覆っているので、その下に横たわるレジストをソルベントで溶かすことが難しい からである。この問題を解決するための１つの方法は、ハイパワーのレーザを用 い、レジストの上の金属フィルムを壊す方法である。然し、これより更に良い方 法は本発明による新規な電子ソースを用いる方法である。大面積の電子ビームを 使用することによって、下に横たわるレジスト８４を、例えば３０ＫｅＶの高い エネルギーで電子ビームに曝射することによって、更に溶かし易くすることが出 来る。下のレジストを溶かし易くするのみならず、この大きな曝射（２００マイ クロクーロン／ｃｓ２）が金属フィルムを発泡し易くし、次の溶解処理手順に於 いて、溶媒が下に横たわるレジストに到達し易くなる。この方法は一般的な電子 ビーム・パターン形成システムでも可能であるが、これは大きな曝射線量を基質 全体に掛ける必要があって、実際的ではない。

本発明の更に別の実施例が第６図に示されている。場合によっては、一定のビー ム流を異なったビーム−エネルギーで送った方が良い場合がある。例えば、レジ ストでコーティングされた上層基質は曝射又はキュアーするが、底の層はしない ほうが良い場合がある。この場合は電子ビームのエネルギーを小さくして、電子 の一部分がレジストの上層に吸収されるようにする。上層をキュアーした後、レ ジスト層全体をキュアーするようにした方が良い。これは電子ビームの加速電圧 を上げることによって曝射を円錐状にし、これがレジスト層を通って基質に浸透 するようにする。この場合、加速電圧を変えても放出流が変化しないようにした 方が良い。然し、加速電圧が増加すると、電離が進み、ビーム流が増加する。

同様に、加速電圧が低いと、電離が減り、ビーム流が減少する。加速電圧の変化 と関係なく一定ビーム流を保つ手段が第６図に示されている。ビーム流がターゲ ットと電子積分器６６の間に置かれたセンス抵抗器９０を介してサンプリングさ れる。

（この代わりに、ビームの一部分を遮断するグリッドでビーム流をサンプリング することも出来る。）２つの単一ゲイン電圧従節９２がセンサ抵抗器９０を介し て得られた信号を緩衝し、これを調節可能のゲイン９４を持つ増幅器９６に送る 。この増幅器のアウトプットがグリッド陽極２６の電圧を制御し、ビーム流の増 加によってグリッドのバイアス電圧が減少し、陰極２６からの放出流か減少する ようにする。増幅器９６のゲインが可変抵抗器９４によって調節され、加速電圧 の変化による電流の変化がバイアス電圧の変化によって妨げられ、ターゲットに 到達するビーム流を一定に保つ。この代わりに、増幅器９６のアウトプットを、 電圧制御された可変率リークバルブ９８に接続し、電離区域３８の圧力を上下さ せることによって放出流の変化を妨げることも出来る。更に、可変リークバルブ ９８及びグリッド２６へのフィードバック信号を用いて、広い範囲のビーム流制 御を行うことが出来る。

以上の説明によって、本発明が従来の電子ソースより大幅に進歩したものである こちが御理解頂けたものと思う。特に、本発明の電子ソースは、容易に制御する ことの出来る電流レベルで、均−且つ大面積の電子ビームを提供する。更に、ビ ームの均−性及びビーム流制御が幅の広いビーム加速電圧範囲に亘って、且つ、 比較的弱い真空条件の下で、可能である。

以上、本発明の各種の実施例に就いて例として詳細に説明したが、本発明の思想 及び請求の範囲から逸脱すること無く、これを変形することが出来る。従って、 本発明は記載した請求の範囲以外の物によって限定されることが無い。

ＦＩ口、３ ＦＩＧ、５ 国際調査報告

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．真空室と； 少なくとも１つの大面積表面が上記室の中の真空に暴露されている陰極と； 選ばれた負の電圧を上記陰極に掛け、上記真空室の中に置かれたターゲットに向 かって電子を加速させる手段と，上記陰極からある間隔を持って置かれる細かい メッシのグリッド陽極で、上記間隔が、上記陰極と上記グリッド陽極との間に掛 けられる量低の選ばれた電圧に於ける上記陰極から出る電子の平均自由行程長を 超えない、ものと；及び、上記陰極からの電子放出率を制御するため、上記グリ ッドに電圧を掛ける手段と； を含む、電子放出装置。
2. ２．上記グリッド陽極を近く、又上記ターゲットを遠くに配置することによって 、上記グリッドの組織が上記ターゲットの上に像を作らない如くにした、請求項 １記載の装置。
3. ３．更に、上記陰極から放出される電子を走査の形で偏向させ、上記ターゲット 上の上記グリッドの結像を減らす如くにする電磁手段を含む、請求項１記載の装 置。
4. ４．更に、上記真空室の中の圧力を制御し、上記陰極からの電子放出率を更に調 節する如くにする手段を含む、請求項１記載の装置。
5. ５．更に、上記真空室の圧力を制御し、電子ビーム流をそのビーム流の測定値に 基づき制御する如くにする手段を含む、請求項４記載の装置。
6. ６．更に、上記グリッドの電圧を変え、電子ビーム流をそのビーム流の測定値に 基づき制御する如くにする手段を含む、請求項１記載の装置。
7. ７．上記グリッドに電圧を掛ける手段が、プラスのイオンの上記陰極への到達を 防ぐことによって上記電子ビームを完全に遮断する電圧を掛ける手段を含む、請 求項１記載の装置。
8. ８．更に、上記グリッドと上記陽極との間に置かれ、上記ターゲットの特定の区 域に電子放出のパターンを作る如くにするアパーチャ・プレート・マスクを含む 、請求項１記載の装置。
9. ９．容易に制御することの出来る大断面積の電子ビームの製造方法で、この方法 が： 真空室の中に置かれた大面積の陰極に特定の負の電圧を掛け、同様に上記真空室 の中に置かれたターゲットに向かって電子を加速させ； 上記陰極からある間隔を持って置かれる細かいメッシのグリッド陽極に電圧を掛 け、この場合、上記間隔が、上記陰極と上記グリッド陽極との間に掛けられる最 低の選ばれた電圧に於ける上記陰極から出る電子の平均自由行程長を超えないよ うにし； 上記真空室の中の残留ガスの電離を開始させ、これによって、正のイオンが上記 陰極面に引き寄せられ、上記陰極からの電子放出を引き起こす如くにし； 上記グリッドの電圧を変えることによって電子放出率を制御し、これによって、 より高い負グリッド電圧によって、より多い正イオンを上記グリッドを経て上記 陰極に引き付け、より多くの電子を作り出す如くにする；手順を含む、大断面積 の電子ビームの製造方法。
10. １０．更に、走査する形で電子ビームを偏向させ、ターゲットに於けるグリッド の結像効果を少なくする、手順を含む、請求項９記載の方法。
11. １１．更に、真空室の中の圧力を制御し、陰極からの電子放出率を更に調節する 、手順を含む、請求項９記載の方法。
12. １２．更に、電子ビーム流を感知し； 上記感知した流の測定値に基づき上記流を制御する；手順を含む、請求項９記載 の方法。
13. １３．更に、ターゲットに置かれた抵抗層を、陰極からの電子ビームでキュアリ ングする、手順を含む、請求項９記載の方法。
14. １４．更に、上記グリッドと上記ターゲットとの間にアパーチャ・プレート・マ スクを置き、上記ターゲットの特定の区域のみを電子ビームで曝射する如くにす る、手順を含む、請求項９記載の方法。
15. １５．更に、上記プレートを上記電子ビームに対して直角に動かし、上記ターゲ ットのこれに続く区域に異なった曝射線量を曝射し又は加速電圧を掛け抵抗感度 を測定する、手順を含む、請求項１４記載の方法。
16. １６．更に、十分な正の電圧を上記グリッドに掛け、電子ビームを完全に遮断す る、手順を含む、請求項９記載の方法。
17. １７．更に、上記グリッドに掛ける電圧を制御しながら、上記電子ビームを交互 にオン・オフし、上記ターゲットに所望の曝射パターンを与える、手順を含む、 請求項１６記載の方法。
18. １８．リフトオフ法に於いて、溶媒を使用するのに先立ち、金属層を曝射するた めに上記電子ビームが用いられる、請求項９記載の方法。
19. １９．残留ガス原子を含む真空室と； 上記室の真空に晒される少なくとも１つの大面積面を持つ陰極と； 特定の負の電圧を上記陰極に掛け、同様に上記真空室の中に置かれているターゲ ットに向かって電子ビームを上記陰極に近い区域から加速する手段で、これによ り、上記陰極と上記ターゲットとの間の電離区域に形成された正のイオンが上記 陰極に向かって加速され、電子の放出を招き、その電子の一部が更に電離される 、ものと； 上記陰極と上記ターゲットとの間に、但し電離区域の外に、ある間隔を持って置 かれるメッシの細かいグリッド陽極で、この間隔が上記陰極と上記グリッド陽極 との間に掛けられる最低の選ばれた電圧に於ける上記陰極から出る電子の平均自 由行程長を超えない、ものと； 上記グリッド陽極に電圧を掛け、上記陰極からの電子放出を制御する手段で、こ れによって、電離区域に形成された正イオンが、上記グリッドを適宜バイアスさ せることによって、選択的に吸引又は反発され、電子ビーム流が圧力及び電子加 速電圧に関係なく制御される、ものと；を含む、電子放出装置。
20. ２０．上記陰極と上記陽極との間に特定の電圧を掛ける手段が、約５００ボルト から少なくとも３０，０００ボルト以上の間の電圧を掛けることが出来る、請求 項１９記載の装置。