JPH06283466A - フォトカソードを用いた電子線リソグラフィ - Google Patents
フォトカソードを用いた電子線リソグラフィInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明はフォトカソードを用いた電子線リソ
グラフィ形式に関する。 【構成】 大規模集積デバイスの作製で特に重要な、サ
ブ−ミクロンパターン描画は、パターン形成されたフォ
トカソードに基く。機能的には、フォトカソードは近接
露光又は投影の競合するシステム中で、マスクの働きを
する。動作中、フォトカソードは紫外放射で照射され、
電子を放出し、電子は加速印加電圧とともに、一様な磁
界の助けで、レジスト被覆したウエハ上に、焦点を合わ
せる。
グラフィ形式に関する。 【構成】 大規模集積デバイスの作製で特に重要な、サ
ブ−ミクロンパターン描画は、パターン形成されたフォ
トカソードに基く。機能的には、フォトカソードは近接
露光又は投影の競合するシステム中で、マスクの働きを
する。動作中、フォトカソードは紫外放射で照射され、
電子を放出し、電子は加速印加電圧とともに、一様な磁
界の助けで、レジスト被覆したウエハ上に、焦点を合わ
せる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】目的とする分野は、サブミクロン
像形成、すなわち0.３μm 以下の最小寸法に基く像形成
に関するものである。基本的な目的は、大規模集積回路
（ＬＳＩ）の作製におけるリソグラフィ像形成である。
像形成、すなわち0.３μm 以下の最小寸法に基く像形成
に関するものである。基本的な目的は、大規模集積回路
（ＬＳＩ）の作製におけるリソグラフィ像形成である。
【０００２】本発明のプロセスは、一般に（５eV以上の
エネルギーをもつ）紫外スペクトル中の放射である電磁
放射を用いることによるパターン形成されたフォトカソ
ードからの電子の励起に依存する。
エネルギーをもつ）紫外スペクトル中の放射である電磁
放射を用いることによるパターン形成されたフォトカソ
ードからの電子の励起に依存する。
【０００３】
【従来技術の記述】現在用いられている１．−０．９設
計則から、ＬＳＩの微細化が更に続き、近く異なるパタ
ーン描画の方式が必要になることは、広く認識されてい
る。近ＵＶスペクトル（λ＝０．４−０．５μm ）の現
在用いられている放射は、波長の限界と考えられてい
る。現在行われているように、遠ＵＶに置き代り、約
０．２５μm 設計則が限界となるであろうことが、一般
的な見方である。
計則から、ＬＳＩの微細化が更に続き、近く異なるパタ
ーン描画の方式が必要になることは、広く認識されてい
る。近ＵＶスペクトル（λ＝０．４−０．５μm ）の現
在用いられている放射は、波長の限界と考えられてい
る。現在行われているように、遠ＵＶに置き代り、約
０．２５μm 設計則が限界となるであろうことが、一般
的な見方である。
【０００４】従来の見方では小さすぎると考えられる設
計則まで、ＵＶを延長しようとすることに、かなりの仕
事が向けられている。進展は現像と位相マスクの使用に
ついてみられた。原理は端部散乱放射の位相相殺であ
る。この方式の現像は、たとえば接近したパターンの近
接効果により、基準位相の変化に適合させ、１８０°位
相シフトを生成し続ける進んだ水準にある。位相マスク
の使用により、仮定されている波長限界の恐らく半分の
設計則までの延長が可能となるであろう。
計則まで、ＵＶを延長しようとすることに、かなりの仕
事が向けられている。進展は現像と位相マスクの使用に
ついてみられた。原理は端部散乱放射の位相相殺であ
る。この方式の現像は、たとえば接近したパターンの近
接効果により、基準位相の変化に適合させ、１８０°位
相シフトを生成し続ける進んだ水準にある。位相マスク
の使用により、仮定されている波長限界の恐らく半分の
設計則までの延長が可能となるであろう。
【０００５】恐らく２５６mbitチップレベルであろう今
後のＬＳＩ世代に対して、異なる形の放射が必要となる
であろうという認識が、世界的な高水準の活性化の基に
なっている。
後のＬＳＩ世代に対して、異なる形の放射が必要となる
であろうという認識が、世界的な高水準の活性化の基に
なっている。
【０００６】ほとんどの場合、世界的な動向は、より短
い波長、すなわち軟Ｘ線の電磁放射の使用を含む。Ｘ線
投影は、０．１μm パターンを十分生じる実験システム
とともに、急速に進んで来た。（ジェイ・イー・ブロー
クホルム（J. E. Bjorkholm)ら、ジャーナル・バキアム
・サイエンス・テクノロジー（J. Vac. Sci. Tech)、V.
Ｂ８、１５０９頁（１９９０）を参照のこと）。
い波長、すなわち軟Ｘ線の電磁放射の使用を含む。Ｘ線
投影は、０．１μm パターンを十分生じる実験システム
とともに、急速に進んで来た。（ジェイ・イー・ブロー
クホルム（J. E. Bjorkholm)ら、ジャーナル・バキアム
・サイエンス・テクノロジー（J. Vac. Sci. Tech)、V.
Ｂ８、１５０９頁（１９９０）を参照のこと）。
【０００７】電子像形成については、見落されてはいな
い。直接書き込み電子線露光システムの実験から、マス
ク投影システムの進展が得られた（“Ｅ−ビーム技
術”、ブリューワ（Brewer) 編、ジェイ・トロテル（J.
Trotel)及びビー・フェイ（B. Fay) による章３２５−
３３５頁（１９８０）を参照のこと）角度制限投影電子
ビームリソグラフィに伴う散乱については、０．１μm
設計則パターンを生じる縮小投影の形で示されてきた。
（エス・ディー・バーガー（S. D. Berger) ら、ジャー
ナル・バキアム・サイエンス・テクノロジー（J. Vac.
Sci. Technol. ）Ｂ９（６）、２９９６頁（１９９１）
を参照のこと）。
い。直接書き込み電子線露光システムの実験から、マス
ク投影システムの進展が得られた（“Ｅ−ビーム技
術”、ブリューワ（Brewer) 編、ジェイ・トロテル（J.
Trotel)及びビー・フェイ（B. Fay) による章３２５−
３３５頁（１９８０）を参照のこと）角度制限投影電子
ビームリソグラフィに伴う散乱については、０．１μm
設計則パターンを生じる縮小投影の形で示されてきた。
（エス・ディー・バーガー（S. D. Berger) ら、ジャー
ナル・バキアム・サイエンス・テクノロジー（J. Vac.
Sci. Technol. ）Ｂ９（６）、２９９６頁（１９９１）
を参照のこと）。
【０００８】マスクの価格及び作製の点で、縮小投影の
明らかな利点にもかかわらず、かなりの努力が１：１Ｘ
線像形成に向けられている。（ジー・ケイ・セラー（G.
K.Celler) ら、アプライド・フィジックス・レターズ
（Appl. Phys. Lett.)第５９巻、３１０５頁（１９９
１）を参照のこと）、１：１に伴うマスク価格の上昇
は、縮小投影に比べ設計が簡単なことや、装置価格が下
ることにより、打ち消されると信じる多くの人がいる。
実験的なシステムにより、マスク構成及び０．２μm 及
びそれ以下の設計則における近接露光の柔軟性が示され
た。ある人はこの方式は最後の手段とのみ信じている。
常に論点であるマスクのもろさは、マスクとウエハ間を
非常に接近させることが必要なことによって、悪化す
る。主な努力分野は、マスクの修復に向けられている。
Ｘ線源は問題のままである。努力のほとんどは、恐らく
少くとも１千万ドルの価格のシンクロトロン源に、基礎
を置いている。
明らかな利点にもかかわらず、かなりの努力が１：１Ｘ
線像形成に向けられている。（ジー・ケイ・セラー（G.
K.Celler) ら、アプライド・フィジックス・レターズ
（Appl. Phys. Lett.)第５９巻、３１０５頁（１９９
１）を参照のこと）、１：１に伴うマスク価格の上昇
は、縮小投影に比べ設計が簡単なことや、装置価格が下
ることにより、打ち消されると信じる多くの人がいる。
実験的なシステムにより、マスク構成及び０．２μm 及
びそれ以下の設計則における近接露光の柔軟性が示され
た。ある人はこの方式は最後の手段とのみ信じている。
常に論点であるマスクのもろさは、マスクとウエハ間を
非常に接近させることが必要なことによって、悪化す
る。主な努力分野は、マスクの修復に向けられている。
Ｘ線源は問題のままである。努力のほとんどは、恐らく
少くとも１千万ドルの価格のシンクロトロン源に、基礎
を置いている。
【０００９】現在中断されている数年間の努力は、フォ
トカソードの使用を基礎にしていた。その最も進んだ形
において、フォトカソードはマスクに置き代り、ＵＶ透
明基板は、すなわち典型的な場合たとえばヨウ化セシウ
ム CsIである良好なフォトエミッタのパターン形成され
た層で被覆された一表面を有する石英で構成された。
“阻止”領域は、典型的な場合クロムである良質でない
光電子放射材料で構成された（上で引用したジャーナル
・バキアム・サイエンス・テクノロジー（J. Vac. Sci.
Technol. ）を参照のこと）その構造は裏面をＵＶ放射
で照射することにより、動作した（上で引用したトロテ
ル（Trotel) 及びフェイ（Fay)を参照のこと）。
トカソードの使用を基礎にしていた。その最も進んだ形
において、フォトカソードはマスクに置き代り、ＵＶ透
明基板は、すなわち典型的な場合たとえばヨウ化セシウ
ム CsIである良好なフォトエミッタのパターン形成され
た層で被覆された一表面を有する石英で構成された。
“阻止”領域は、典型的な場合クロムである良質でない
光電子放射材料で構成された（上で引用したジャーナル
・バキアム・サイエンス・テクノロジー（J. Vac. Sci.
Technol. ）を参照のこと）その構造は裏面をＵＶ放射
で照射することにより、動作した（上で引用したトロテ
ル（Trotel) 及びフェイ（Fay)を参照のこと）。
【００１０】断念されたことは、多くの欠点が原因であ
る。そのいくつかは固有のもので、いくつかは恐らくそ
の時入手しうる条件及び材料に限界があったことによ
る。フォトカソードそれ自身によると考えられらる１つ
は、寿命が短く、しばしば交換する必要があったことで
ある。寿命が短いことは、恐らく汚染すなわち実際に得
られる最もよい真空を用いたにもかかわらず反応するこ
とによると認識し、より反応しにくい材料を探す努力
が、明らかに行われた。トロテル（Trotel) 及びフェイ
（Fay)は３３０頁で、貴金属、特に金の使用を報告して
いる。高吸収金層からの必要な表面放出を最適化するた
め、フォトカソードは５０Å厚層という非常に薄い層の
形をとった。努力は不成功であった。カソードは動作が
長く続かず、その方式は断念された。
る。そのいくつかは固有のもので、いくつかは恐らくそ
の時入手しうる条件及び材料に限界があったことによ
る。フォトカソードそれ自身によると考えられらる１つ
は、寿命が短く、しばしば交換する必要があったことで
ある。寿命が短いことは、恐らく汚染すなわち実際に得
られる最もよい真空を用いたにもかかわらず反応するこ
とによると認識し、より反応しにくい材料を探す努力
が、明らかに行われた。トロテル（Trotel) 及びフェイ
（Fay)は３３０頁で、貴金属、特に金の使用を報告して
いる。高吸収金層からの必要な表面放出を最適化するた
め、フォトカソードは５０Å厚層という非常に薄い層の
形をとった。努力は不成功であった。カソードは動作が
長く続かず、その方式は断念された。
【００１１】フォトカソード投影システムの設計に付随
した問題については、アイ・イー・イー・イー・トラン
スアクションズ・オン・エレクトロン・デバイスズ（IE
EE Transactions on Electron Devices)第ＥＤ−２２
巻、第７号（１９７５年７月）で議論されている。第１
の特徴的なそのようなシステムは、著しい像のゆがみを
もち、著者は像形成面である陽極上の構造的な高さの差
が重要になる可能性があるという結論に達している。数
値的には、その結論は、±０．３μm の精度を達成する
には、±２μm の陽極の平坦さが必要であるとしてい
る。より小さな設計則を達成するには、恐らくより高い
平坦性が必要となるであろう。
した問題については、アイ・イー・イー・イー・トラン
スアクションズ・オン・エレクトロン・デバイスズ（IE
EE Transactions on Electron Devices)第ＥＤ−２２
巻、第７号（１９７５年７月）で議論されている。第１
の特徴的なそのようなシステムは、著しい像のゆがみを
もち、著者は像形成面である陽極上の構造的な高さの差
が重要になる可能性があるという結論に達している。数
値的には、その結論は、±０．３μm の精度を達成する
には、±２μm の陽極の平坦さが必要であるとしてい
る。より小さな設計則を達成するには、恐らくより高い
平坦性が必要となるであろう。
【００１２】より最近の記事、ジャーナル・バキアム・
サイエンス・テクノロジー（J. Vac. Sci. Technol.
）、Ｂ４（１）、８９−９３頁（１月／２月／１９８
６）は、将来の要求について述べている。パターン形成
領域が制限されるであろうとの仮説の上で、著者は第１
に恐らく不当に空間を使用するという点で、Ｘ線位置合
せマスクが不適当であるとかたずけ、次に後方散乱位置
合せマスクに依存したステップ−アンド−リピートシス
テムを示唆している。検出システムは解像度に必要な高
電界（十分短いドブロイ波長のために）の存在下では、
機能しないと認識すると、無電界領域を設けることにな
る。電界の除去は、第１の３６０°サイクロトロン周期
に対応した距離における第１の磁界焦点に置かれた可動
格子の結果である。もちろん、格子の存在は、そのよう
に配置する最小の結果ではあるが、障害であり続け、そ
のため格子による像の歪を避けるために、装置／プロセ
スを、著しく複雑にする必要が生じる。
サイエンス・テクノロジー（J. Vac. Sci. Technol.
）、Ｂ４（１）、８９−９３頁（１月／２月／１９８
６）は、将来の要求について述べている。パターン形成
領域が制限されるであろうとの仮説の上で、著者は第１
に恐らく不当に空間を使用するという点で、Ｘ線位置合
せマスクが不適当であるとかたずけ、次に後方散乱位置
合せマスクに依存したステップ−アンド−リピートシス
テムを示唆している。検出システムは解像度に必要な高
電界（十分短いドブロイ波長のために）の存在下では、
機能しないと認識すると、無電界領域を設けることにな
る。電界の除去は、第１の３６０°サイクロトロン周期
に対応した距離における第１の磁界焦点に置かれた可動
格子の結果である。もちろん、格子の存在は、そのよう
に配置する最小の結果ではあるが、障害であり続け、そ
のため格子による像の歪を避けるために、装置／プロセ
スを、著しく複雑にする必要が生じる。
【００１３】
【本発明の要約】フォトカソード投影システムとサブミ
クロン像の形成にそれを用いることについて述べる。シ
ステムは多くの目的に役立つ可能性がある。それは単純
な表示に役立つ可能性がある。用途は電子による促進又
は抑制に基き、たとえば電子刺激堆積に基く選択結晶成
長を生じる。最も重要な最近の用途は、フォトカソード
によるレジスト・パターン形成に基いたサブミクロンデ
バイスの形をとると予想される。詳細な記述で述べるよ
うに、システムは大きなカソードパターンからの縮小投
影に基いてもよいが、最初の市販用途は１：１になる可
能性が大きい。以下の記述は便宜上、特にことわらない
限り、電子感受性レジスト被覆ウエハ上への投影を含む
１：１デバイス作製に関してである。
クロン像の形成にそれを用いることについて述べる。シ
ステムは多くの目的に役立つ可能性がある。それは単純
な表示に役立つ可能性がある。用途は電子による促進又
は抑制に基き、たとえば電子刺激堆積に基く選択結晶成
長を生じる。最も重要な最近の用途は、フォトカソード
によるレジスト・パターン形成に基いたサブミクロンデ
バイスの形をとると予想される。詳細な記述で述べるよ
うに、システムは大きなカソードパターンからの縮小投
影に基いてもよいが、最初の市販用途は１：１になる可
能性が大きい。以下の記述は便宜上、特にことわらない
限り、電子感受性レジスト被覆ウエハ上への投影を含む
１：１デバイス作製に関してである。
【００１４】そのようなシステムに暗に含まれた特性
は、保持される。陰極構造は、ＵＶに透明な基板上に、
光電子放射材料のパターン形成された被覆を含む。固有
の利点は、比較的厚い陰極構造の良好な熱伝導性であ
る。Ｘ線及び電子の両方の伝達システムで用いられるマ
スクとの熱膨張の問題は、軽減される。パターン形成さ
れた被覆から像形成された電子を放射させるため、基板
の裏面をＵＶで照射する。像形成面又はそれ以上にあっ
てよい陽極の方向に、電子は電界によって加速される。
フォトカソードと像形成面の間の一様な磁界は、そのよ
うな平行な加速電界とともに、像形成面上で、サイクロ
トロン状に焦点を結ぶ。ミリメートルないしセンチメー
トルの陰極−像形成間隔は、放射面から像形成面までの
１ないし数サイクロトロン共鳴周期に対応する。
は、保持される。陰極構造は、ＵＶに透明な基板上に、
光電子放射材料のパターン形成された被覆を含む。固有
の利点は、比較的厚い陰極構造の良好な熱伝導性であ
る。Ｘ線及び電子の両方の伝達システムで用いられるマ
スクとの熱膨張の問題は、軽減される。パターン形成さ
れた被覆から像形成された電子を放射させるため、基板
の裏面をＵＶで照射する。像形成面又はそれ以上にあっ
てよい陽極の方向に、電子は電界によって加速される。
フォトカソードと像形成面の間の一様な磁界は、そのよ
うな平行な加速電界とともに、像形成面上で、サイクロ
トロン状に焦点を結ぶ。ミリメートルないしセンチメー
トルの陰極−像形成間隔は、放射面から像形成面までの
１ないし数サイクロトロン共鳴周期に対応する。
【００１５】従来の焦点を合わせるシステムにおいて、
クロスオーバに生じる高空間電界領域を避けることによ
り、２つの方式での動作が可能になる。考えているセン
チメートル・オーダーの陰極−ウエハ間隔の場合、たと
えば２５kV及び−２５kV／cm以上の高電圧方式におい
て、レジスト中の無秩序な電子の運動によるぼやけは、
最小になる。ほとんどの電子がレジスト内で吸収され、
ほとんど基板には到達しない範囲と規定されるたとえば
２ないし数kVの低電圧方式では、基板からの電子の後方
散乱によるぼやけは、避けられる。２つの方式の中間の
電界値を選択するのが、適当である。
クロスオーバに生じる高空間電界領域を避けることによ
り、２つの方式での動作が可能になる。考えているセン
チメートル・オーダーの陰極−ウエハ間隔の場合、たと
えば２５kV及び−２５kV／cm以上の高電圧方式におい
て、レジスト中の無秩序な電子の運動によるぼやけは、
最小になる。ほとんどの電子がレジスト内で吸収され、
ほとんど基板には到達しない範囲と規定されるたとえば
２ないし数kVの低電圧方式では、基板からの電子の後方
散乱によるぼやけは、避けられる。２つの方式の中間の
電界値を選択するのが、適当である。
【００１６】認識されている従来技術の欠点、すなわち
短寿命のフォトカソードについて述べる。問題の重要な
部分は、“汚染”で、レジスト被覆ウエハから炭化水素
又は他の汚染物質が遊離するというだけのために、適切
な真空レベルの維持が困難になる。従来の方式と同じ
く、本発明のフォトカソードは貴金属である。そのよう
な低効率フォトエミッタを用いるには、金属仕事関数を
著しく越えるフォトンエネルギーでの活性化が必要で、
それにより放出される電子のエネルギーの広がりは大き
くなる。超伝導ワイヤターンの使用から生じる大きな均
一な磁界が得られることにより、エネルギーの広がりの
影響は、軽減される。従来技術に従事した人達による貴
金属陰極の従来の劣化の原因は、究明されていない。実
験的には、薄膜の固着性を確実にするための、適当な下
の材料とともに、１００Å及びそれ以上の厚さの層で、
成功してきた。従来の故障が報告されているより薄い
（５０Å）薄膜中の不連続による可能性はある。
短寿命のフォトカソードについて述べる。問題の重要な
部分は、“汚染”で、レジスト被覆ウエハから炭化水素
又は他の汚染物質が遊離するというだけのために、適切
な真空レベルの維持が困難になる。従来の方式と同じ
く、本発明のフォトカソードは貴金属である。そのよう
な低効率フォトエミッタを用いるには、金属仕事関数を
著しく越えるフォトンエネルギーでの活性化が必要で、
それにより放出される電子のエネルギーの広がりは大き
くなる。超伝導ワイヤターンの使用から生じる大きな均
一な磁界が得られることにより、エネルギーの広がりの
影響は、軽減される。従来技術に従事した人達による貴
金属陰極の従来の劣化の原因は、究明されていない。実
験的には、薄膜の固着性を確実にするための、適当な下
の材料とともに、１００Å及びそれ以上の厚さの層で、
成功してきた。従来の故障が報告されているより薄い
（５０Å）薄膜中の不連続による可能性はある。
【００１７】従来の技術者によるウエハの平滑さに対す
る関心は、根拠がないようにみえる。ある程度、これは
過去の焦点合わせに用いられた（１テスラ以下の）低磁
界強度による可能性がある。いずれにしても、２ないし
１０テスラの焦点合わせ磁界には、そのような問題はな
い。局所的な高さの変動が１μm である古くなったシリ
コンウエハの表面荒さは、解像度に対して、目に見える
ような効果はもたない。
る関心は、根拠がないようにみえる。ある程度、これは
過去の焦点合わせに用いられた（１テスラ以下の）低磁
界強度による可能性がある。いずれにしても、２ないし
１０テスラの焦点合わせ磁界には、そのような問題はな
い。局所的な高さの変動が１μm である古くなったシリ
コンウエハの表面荒さは、解像度に対して、目に見える
ような効果はもたない。
【００１８】電子描画の重要な利点は、磁気的に変る焦
点距離に固有な能力にある。調整磁界を設けることによ
り、本発明の方式はこのことを利用している。基本的な
焦点合わせ用の大きな磁界は、一般に超伝導磁石に依存
する。容易に制御できる焦点面又はその近くの従来のソ
レノイドを、微細な焦点合わせに、用いてもよい。対称
に整形された磁界を、半径方向依存性の収差のために、
用いてもよい。ウエハの従来技術のプロセスにより生じ
るような像を形成すべき表面上の高さの変化とともに、
磁界強度の局所的な変動は、独立に制御された小さなソ
レノイドで加えることができる。
点距離に固有な能力にある。調整磁界を設けることによ
り、本発明の方式はこのことを利用している。基本的な
焦点合わせ用の大きな磁界は、一般に超伝導磁石に依存
する。容易に制御できる焦点面又はその近くの従来のソ
レノイドを、微細な焦点合わせに、用いてもよい。対称
に整形された磁界を、半径方向依存性の収差のために、
用いてもよい。ウエハの従来技術のプロセスにより生じ
るような像を形成すべき表面上の高さの変化とともに、
磁界強度の局所的な変動は、独立に制御された小さなソ
レノイドで加えることができる。
【００１９】荷電粒子描画は、磁界強度を調整すること
により、投影される像の拡大又は縮小を可能にする。最
初の用途は１：１と予想されるが、将来の用途はＸ線及
び電子ビーム投影システムのように、４Ｘ−５Ｘマスク
からの縮小を含む可能性がある。このことは、フォトエ
ミッタからウエハ方向への磁界強度を増すことにより、
実現できる。この磁界縮小“漏斗”を生じるための磁界
圧縮は、本発明のフォトカソードとともに用いるのに、
特に価値があるが、より一般的にも適用できる。それは
像を拡大する方向に、逆転すらできる。
により、投影される像の拡大又は縮小を可能にする。最
初の用途は１：１と予想されるが、将来の用途はＸ線及
び電子ビーム投影システムのように、４Ｘ−５Ｘマスク
からの縮小を含む可能性がある。このことは、フォトエ
ミッタからウエハ方向への磁界強度を増すことにより、
実現できる。この磁界縮小“漏斗”を生じるための磁界
圧縮は、本発明のフォトカソードとともに用いるのに、
特に価値があるが、より一般的にも適用できる。それは
像を拡大する方向に、逆転すらできる。
【００２０】Ｘ線励起蛍光マーキングは、ＬＳＩ製造で
一般的な連続したプロセス工程での位置合せと、ステッ
プ−アンド−リピートでの連続した領域の位置合せの両
方が、行える。Ｘ線は加速電界（Ｅ−界）により影響を
受けず、この目的のために、ゼロ電界領域を作る必要は
避けられる。別の位置合せ機構は、フォトカソード上の
位置合せパスからの電子放射に依存する。パッドは角の
位置にあってもよく、ウエハ上の対応して配置された金
属マーカから、特性Ｘ線を発生させてもよい。作製中の
デバイス中で用いられている材料と異なる組成の金属
を、適切に選択することにより、寄生放射との混乱が避
けられる。
一般的な連続したプロセス工程での位置合せと、ステッ
プ−アンド−リピートでの連続した領域の位置合せの両
方が、行える。Ｘ線は加速電界（Ｅ−界）により影響を
受けず、この目的のために、ゼロ電界領域を作る必要は
避けられる。別の位置合せ機構は、フォトカソード上の
位置合せパスからの電子放射に依存する。パッドは角の
位置にあってもよく、ウエハ上の対応して配置された金
属マーカから、特性Ｘ線を発生させてもよい。作製中の
デバイス中で用いられている材料と異なる組成の金属
を、適切に選択することにより、寄生放射との混乱が避
けられる。
【００２１】
【詳細な記述】〔一般的事項〕本発明の本質について、
前の節で述べた。特許請求の範囲は、フォトカソードパ
ターン形成の従来の難点を示さないプロセスに関してで
ある。陰極構造及び動作パラメータは、表面荒さ及び他
の不完全性に対する厳密な依存性を避けている。多レベ
ルプロセス及びステップ−アッド−リピートは、連続し
た走査とともに、先に述べたＸ線励起基準マーキングの
使用により、促進される。最適な解像度は、磁界の“微
細調整”により確実にしてもよく、系統的な収差ととも
に、局部的な収差を矯正するために整形してもよい重畳
された小磁界の使用によることが、望ましい。
前の節で述べた。特許請求の範囲は、フォトカソードパ
ターン形成の従来の難点を示さないプロセスに関してで
ある。陰極構造及び動作パラメータは、表面荒さ及び他
の不完全性に対する厳密な依存性を避けている。多レベ
ルプロセス及びステップ−アッド−リピートは、連続し
た走査とともに、先に述べたＸ線励起基準マーキングの
使用により、促進される。最適な解像度は、磁界の“微
細調整”により確実にしてもよく、系統的な収差ととも
に、局部的な収差を矯正するために整形してもよい重畳
された小磁界の使用によることが、望ましい。
【００２２】入手しうる材料及びプロセスは、述べられ
ているマスク構造に適している。マスク作製に世界的に
用いられているＥＢＥＳ直接書き込みシステムを、直接
適用してもよい。レジストパターンは、通常の方式で一
度規定され、現象されると、その後フォトカソードの作
製に用いられる。考えられるマスク材料の堆積方法につ
いては、よく知られている。
ているマスク構造に適している。マスク作製に世界的に
用いられているＥＢＥＳ直接書き込みシステムを、直接
適用してもよい。レジストパターンは、通常の方式で一
度規定され、現象されると、その後フォトカソードの作
製に用いられる。考えられるマスク材料の堆積方法につ
いては、よく知られている。
【００２３】〔陰極構造／材料〕本発明の構造は、貴金
属フォトエミッタの使用に依存する。考えている材料
は、元素又は合金でよい。本発明の指針は、他の型の材
料についても有用であることがわかっているが、実験的
な支持によると、メンデレーフに従う周期律表の、元素
番号４４−４７及び７５−７９、すなわちRu、Rh、Pd、
Ag、Re、Os、Ir、Pt、Auは、それら元素の合金ととも
に、特に使用されることが、予測される。選択は、各種
の考察によって行われる。１つは形成が容易なこと、す
なわち透明な基板上への薄い層の形成が容易なことであ
る。もう１つの観点は、活性度に関してである。すなわ
ち、AuはAg以上に好ましい、等々の基準である。別の観
点は仕事関数に関してである。たとえば、Auはその仕事
関数は約５．１eV（その最も適切な結晶面の場合）で、
この観点から、仕事関数が５．６５又は５．７eVである
Pt以上に、好ましい。Auの最初の利点は、AuとPtの仕事
関数の中間の励起とともに、Ptマスクを用いることによ
り可能となる。大ざっぱに言うと、励起される電子の数
は、仕事関数とパーセントで表わした励起源の中心周波
数のエネルギー差の二乗に比例する。その低い仕事関数
とともに、金を用いることによって、放出された電子の
より狭いエネルギースペクトルが生じる。
属フォトエミッタの使用に依存する。考えている材料
は、元素又は合金でよい。本発明の指針は、他の型の材
料についても有用であることがわかっているが、実験的
な支持によると、メンデレーフに従う周期律表の、元素
番号４４−４７及び７５−７９、すなわちRu、Rh、Pd、
Ag、Re、Os、Ir、Pt、Auは、それら元素の合金ととも
に、特に使用されることが、予測される。選択は、各種
の考察によって行われる。１つは形成が容易なこと、す
なわち透明な基板上への薄い層の形成が容易なことであ
る。もう１つの観点は、活性度に関してである。すなわ
ち、AuはAg以上に好ましい、等々の基準である。別の観
点は仕事関数に関してである。たとえば、Auはその仕事
関数は約５．１eV（その最も適切な結晶面の場合）で、
この観点から、仕事関数が５．６５又は５．７eVである
Pt以上に、好ましい。Auの最初の利点は、AuとPtの仕事
関数の中間の励起とともに、Ptマスクを用いることによ
り可能となる。大ざっぱに言うと、励起される電子の数
は、仕事関数とパーセントで表わした励起源の中心周波
数のエネルギー差の二乗に比例する。その低い仕事関数
とともに、金を用いることによって、放出された電子の
より狭いエネルギースペクトルが生じる。
【００２４】しかし、金エミッタ材料は、実際的な理由
により好ましくない可能性がある。シリコンが金で汚染
されることにより、シリコンデバイスの作製が妨げられ
る可能性がある。白金は他の不利な点にもかかわらず、
この理由のために、好ましい可能性がある。例１はPtフ
ォトカソードを用いる。
により好ましくない可能性がある。シリコンが金で汚染
されることにより、シリコンデバイスの作製が妨げられ
る可能性がある。白金は他の不利な点にもかかわらず、
この理由のために、好ましい可能性がある。例１はPtフ
ォトカソードを用いる。
【００２５】用いられる光電子放射材料は、励起エネル
ギーに対して、短い浸透深さをもつ。貴金属は短いＵＶ
浸透深さを有する。放出確率は放射面近くでの、電子生
成を必要とする。実際的な考察は、厚い層を示唆する。
最も効果的な放射は、層の連続性と浸透深さの折衷であ
る。実験的な研究は、１００Åないし数百Å又は５００
Åかそれ以上の特定の層厚範囲を、支持する。更に大き
な厚さも動作するが、効率は悪い。
ギーに対して、短い浸透深さをもつ。貴金属は短いＵＶ
浸透深さを有する。放出確率は放射面近くでの、電子生
成を必要とする。実際的な考察は、厚い層を示唆する。
最も効果的な放射は、層の連続性と浸透深さの折衷であ
る。実験的な研究は、１００Åないし数百Å又は５００
Åかそれ以上の特定の層厚範囲を、支持する。更に大き
な厚さも動作するが、効率は悪い。
【００２６】図１は“厚−薄”構造１を示す。それは陰
極の前面上に、放射材料を堆積させることにより、作製
される。阻止領域中の放射は、励起放射を吸収又は反射
又はその両方をする下の材料により、妨げられる。構造
１は基板２を含み、それはこの例では、サファイヤから
成る。より一般的には、基板材料は励起放射に対する透
明性、扱いに対する耐久性及び熱応力を避けるための熱
伝導性を含む。サファイヤ基板はたとえば１００Åとい
った薄い“固着”層３で被覆される。クロムを用いるこ
とにより、粘着性とその後の層状材料の連続性が、確保
される。
極の前面上に、放射材料を堆積させることにより、作製
される。阻止領域中の放射は、励起放射を吸収又は反射
又はその両方をする下の材料により、妨げられる。構造
１は基板２を含み、それはこの例では、サファイヤから
成る。より一般的には、基板材料は励起放射に対する透
明性、扱いに対する耐久性及び熱応力を避けるための熱
伝導性を含む。サファイヤ基板はたとえば１００Åとい
った薄い“固着”層３で被覆される。クロムを用いるこ
とにより、粘着性とその後の層状材料の連続性が、確保
される。
【００２７】粘着性は SiO2 より大きな生成熱を有する
酸化物を形成する“固着”金属の使用により、確実にな
る。たとえば、Al、Ti、Ta、Crである。Tiは特に良好な
粘着促進材で、比較的低温で SiO2 を還元し、強い結合
を形成する。Au、Pt、Ｗ及びMoは SiO2 を還元せず、Si
O2より低い生成熱で酸化物を形成する。これらの金属
は、SiO2に対する粘性で、“固着”層としての利点は劣
る。示されている構造は、最初阻止材料４の層で、“固
着”層３の全体を被覆し、その後材料４の他の領域を残
すよう、パターン形成される。領域４は励起放射５を消
す、すなわち吸収又は反射させ、上の光電子放射材料の
励起を防止する働きをする。光電子放射材料は、領域６
及び７を生じるためのパターン描画の後に、堆積させ
る。一例において、金は領域６及び７の材料として役立
つ。そのような領域の厚さは、一般に少くとも１００
Å、たとえば２５０Åである。一例において、阻止材料
はタングステンである。７００Åのタングステン層は、
領域７からの著しい光電子放射を防止するのに、十分で
ある。阻止材料は下の表面すなわち“固着”層３への粘
着性及び放射材料７の上の表面への粘着性という必要性
に注意して、選択される。
酸化物を形成する“固着”金属の使用により、確実にな
る。たとえば、Al、Ti、Ta、Crである。Tiは特に良好な
粘着促進材で、比較的低温で SiO2 を還元し、強い結合
を形成する。Au、Pt、Ｗ及びMoは SiO2 を還元せず、Si
O2より低い生成熱で酸化物を形成する。これらの金属
は、SiO2に対する粘性で、“固着”層としての利点は劣
る。示されている構造は、最初阻止材料４の層で、“固
着”層３の全体を被覆し、その後材料４の他の領域を残
すよう、パターン形成される。領域４は励起放射５を消
す、すなわち吸収又は反射させ、上の光電子放射材料の
励起を防止する働きをする。光電子放射材料は、領域６
及び７を生じるためのパターン描画の後に、堆積させ
る。一例において、金は領域６及び７の材料として役立
つ。そのような領域の厚さは、一般に少くとも１００
Å、たとえば２５０Åである。一例において、阻止材料
はタングステンである。７００Åのタングステン層は、
領域７からの著しい光電子放射を防止するのに、十分で
ある。阻止材料は下の表面すなわち“固着”層３への粘
着性及び放射材料７の上の表面への粘着性という必要性
に注意して、選択される。
【００２８】別の構造は、光電子放射材料の連続した層
の使用に基いており、阻止領域は均一に照射された放射
材料からの放射を防止する。放射表面の前面上の非放射
材料の堆積領域は、放射をパターン形成する働きをす
る。阻止材料は放射層と同程度の厚さでよいから、その
ような構造は、ここでは“薄−薄”とよぶ。図２はその
ような構造を示す。
の使用に基いており、阻止領域は均一に照射された放射
材料からの放射を防止する。放射表面の前面上の非放射
材料の堆積領域は、放射をパターン形成する働きをす
る。阻止材料は放射層と同程度の厚さでよいから、その
ような構造は、ここでは“薄−薄”とよぶ。図２はその
ような構造を示す。
【００２９】図２の構造は、図１と同様サファイヤでよ
い透明な基板２０を含む。放射は層２１の露出された領
域から起る。それは先に述べた条件、すなわち放射面近
くで励起エネルギーを確実に吸収し、信頼性よく空孔の
ない（連続した）層を生じるという条件を満す厚さの、
貴金属層である。金フォトエミッタの例において、“固
着”層２２を含めることが、きわめて助けになることが
わかっている。クロムの１００Åの厚さの層は、金の２
５０Åの層２１とともに用いると効果的であることが、
わかっている。より大きな仕事関数の材料でできた阻止
領域２３は、パターン描画に役立つ。たとえば１００Å
厚のCr層である“固着”層２４上の１００Å厚のPtは、
効果的である。一般に、“固着”層を除いても、放射材
料の連続した固着層は妨げられないが、特に金の場合、
構造的強度はその使用により確実になる。
い透明な基板２０を含む。放射は層２１の露出された領
域から起る。それは先に述べた条件、すなわち放射面近
くで励起エネルギーを確実に吸収し、信頼性よく空孔の
ない（連続した）層を生じるという条件を満す厚さの、
貴金属層である。金フォトエミッタの例において、“固
着”層２２を含めることが、きわめて助けになることが
わかっている。クロムの１００Åの厚さの層は、金の２
５０Åの層２１とともに用いると効果的であることが、
わかっている。より大きな仕事関数の材料でできた阻止
領域２３は、パターン描画に役立つ。たとえば１００Å
厚のCr層である“固着”層２４上の１００Å厚のPtは、
効果的である。一般に、“固着”層を除いても、放射材
料の連続した固着層は妨げられないが、特に金の場合、
構造的強度はその使用により確実になる。
【００３０】図３の構造は、下の非放射層３３の領域を
露出させるために、エッチングで描画された光電子放射
層３２に基く。層３３は“固着”層３５により、基板３
４に結合される。層３２−３５の材料は、それぞれ金、
白金、石英及びクロムでよい。
露出させるために、エッチングで描画された光電子放射
層３２に基く。層３３は“固着”層３５により、基板３
４に結合される。層３２−３５の材料は、それぞれ金、
白金、石英及びクロムでよい。
【００３１】本発明に従う光電子放射では、貴金属を特
に用いている。しかし、“貴金属”陰極とよぶのは、特
に貴金属を用いた放射面に限定することを、意図しては
いない。放射材料は、均一又は不均一な面を生成させる
ために、混合してもよい。そのように添加する材料は、
“汚染”してはならず、どのようにしても、放射効率を
損ってはならない。
に用いている。しかし、“貴金属”陰極とよぶのは、特
に貴金属を用いた放射面に限定することを、意図しては
いない。放射材料は、均一又は不均一な面を生成させる
ために、混合してもよい。そのように添加する材料は、
“汚染”してはならず、どのようにしても、放射効率を
損ってはならない。
【００３２】〔プロセス条件〕動作について記述するた
めに、図１を参照する。放射５はフォトエミッタを励起
するフォトンエネルギーに、ピークをもつ。効率のよい
放射は、エミッタの仕事関数を、恐らく最低１０％越え
るフォトンエネルギーを必要とする。同時に、阻止すべ
き領域から、明らかな放射を生じさせるほど大きくては
ならない。図１の厚−薄構造は、単に紫外を適切に消滅
させることにより、この条件を満す。条件は基本的に、
それらの材料特性と、阻止層の厚さである。図２の薄−
薄構造中のように、一様に励起された放射材料からの電
子放射を防止するために、表面阻止領域を設けること
は、やはり材料及び厚さの条件の対象となる。露出され
た材料、すなわち放射性及び表面放射性材料の、そうで
なければ阻止されない領域を、一様に励起するために、
他の構造を設けてもよい。このような状況下で、条件は
単に陰極の放射及び非放射部分を構成する領域の、相対
的な仕事関数である。
めに、図１を参照する。放射５はフォトエミッタを励起
するフォトンエネルギーに、ピークをもつ。効率のよい
放射は、エミッタの仕事関数を、恐らく最低１０％越え
るフォトンエネルギーを必要とする。同時に、阻止すべ
き領域から、明らかな放射を生じさせるほど大きくては
ならない。図１の厚−薄構造は、単に紫外を適切に消滅
させることにより、この条件を満す。条件は基本的に、
それらの材料特性と、阻止層の厚さである。図２の薄−
薄構造中のように、一様に励起された放射材料からの電
子放射を防止するために、表面阻止領域を設けること
は、やはり材料及び厚さの条件の対象となる。露出され
た材料、すなわち放射性及び表面放射性材料の、そうで
なければ阻止されない領域を、一様に励起するために、
他の構造を設けてもよい。このような状況下で、条件は
単に陰極の放射及び非放射部分を構成する領域の、相対
的な仕事関数である。
【００３３】たとえば±１０％という放射電子の適切な
狭いエネルギー広がりを確実にするため、励起放射はフ
ィルタを通してもよい。大きな加速電界を用いると、効
果は減少するが、たとえばフォトンエネルギーの広がり
に対応する放射されたままの電子エネルギーの広がり
は、焦点距離の広がりを生ずる。６．５eVのピークで動
作するクリプトンランプは、５．６eVの仕事関数をもつ
Ptを励起するのに効果的である。別の光源は、７eVにピ
ークをもつ重水素ランプ及び６eVにピークをもつ水銀ラ
ンプである。すべてプラズマ放電管として動作する高圧
水銀ランプの例である。
狭いエネルギー広がりを確実にするため、励起放射はフ
ィルタを通してもよい。大きな加速電界を用いると、効
果は減少するが、たとえばフォトンエネルギーの広がり
に対応する放射されたままの電子エネルギーの広がり
は、焦点距離の広がりを生ずる。６．５eVのピークで動
作するクリプトンランプは、５．６eVの仕事関数をもつ
Ptを励起するのに効果的である。別の光源は、７eVにピ
ークをもつ重水素ランプ及び６eVにピークをもつ水銀ラ
ンプである。すべてプラズマ放電管として動作する高圧
水銀ランプの例である。
【００３４】適切な励起源の場合、電子９のエネルギー
の広がりにより、ノード１１において周期的に焦点を合
わせるように、これらの電子をもっていくために、磁界
Ｂを印加すると、良好な解像度が得られる。Ｂ磁界は実
効的な電子放射断面積に渡って一様である。すなわち、
層１２上でパターン形成すべき領域と少くとも同じ大き
さの領域に渡って、一様である。強度が数テスラのＢ磁
界は、超伝導コイルの使用により生成させると便利であ
る。１０００cm3 の体積に渡って１％より良好な均一さ
を生じる超伝導ソレノイドは、数cm2 の考えている像領
域に対して、十分容易である。像形成面は、ここではシ
リコンウエハ１３上のレジスト層１２の表面に対応する
ように、示されている。そのような例において、周知の
ポジ型レジストＰＭＭＡを用いると有用である。ネガ型
レジストＣＯＰを含む別のものも使用できる。電圧源Va
で生じる電界Ｅは、電子９を所望の速度に加速する。加
速電圧の大きさは、レジスト中の線解像度と下の基板か
らの後方散乱によるぼけの折衷である。より低い電圧は
後方散乱を、最小にする。より高い電圧はレジスト中の
ぼけを最小にするが、同時に、レジストによる吸収を減
し、基板からの後方散乱をより生じる。最適な解像度／
コントラストを選択することは、パターンの性質に依存
する。一例として、後方散乱によるコントラスト損は、
大きな近接した形状により、悪化する。例で述べた実験
条件下では、２kV−１００kVの電圧が有用であることが
わかっている。
の広がりにより、ノード１１において周期的に焦点を合
わせるように、これらの電子をもっていくために、磁界
Ｂを印加すると、良好な解像度が得られる。Ｂ磁界は実
効的な電子放射断面積に渡って一様である。すなわち、
層１２上でパターン形成すべき領域と少くとも同じ大き
さの領域に渡って、一様である。強度が数テスラのＢ磁
界は、超伝導コイルの使用により生成させると便利であ
る。１０００cm3 の体積に渡って１％より良好な均一さ
を生じる超伝導ソレノイドは、数cm2 の考えている像領
域に対して、十分容易である。像形成面は、ここではシ
リコンウエハ１３上のレジスト層１２の表面に対応する
ように、示されている。そのような例において、周知の
ポジ型レジストＰＭＭＡを用いると有用である。ネガ型
レジストＣＯＰを含む別のものも使用できる。電圧源Va
で生じる電界Ｅは、電子９を所望の速度に加速する。加
速電圧の大きさは、レジスト中の線解像度と下の基板か
らの後方散乱によるぼけの折衷である。より低い電圧は
後方散乱を、最小にする。より高い電圧はレジスト中の
ぼけを最小にするが、同時に、レジストによる吸収を減
し、基板からの後方散乱をより生じる。最適な解像度／
コントラストを選択することは、パターンの性質に依存
する。一例として、後方散乱によるコントラスト損は、
大きな近接した形状により、悪化する。例で述べた実験
条件下では、２kV−１００kVの電圧が有用であることが
わかっている。
【００３５】図１は磁界Ｂ′を概念的に表したものを含
む。そのように、必要に応じて設ける調整用磁界は、層
１２の像形成面に渡って、規則的又は不規則な、磁界Ｂ
の強度の収差を補正することができる。上述のように、
この調整用磁界は、２キロガウスが最大値で、いずれか
の極性をもつ可能性が大きいが、ウエハ１３下の１ない
し複数のワイヤを巻いたソレノイドにより、生成させる
と便利である。Ｂ磁界の均一性からの規則的なずれは、
恐らく単一ソレノイドで生成できる単一整形磁界によ
り、補正してよい。たとえば、像を形成すべき面上の高
さの変化によるといった局部的な変動に起因する焦点距
離の収差は、別々の磁石により調整するのが、最善であ
る。
む。そのように、必要に応じて設ける調整用磁界は、層
１２の像形成面に渡って、規則的又は不規則な、磁界Ｂ
の強度の収差を補正することができる。上述のように、
この調整用磁界は、２キロガウスが最大値で、いずれか
の極性をもつ可能性が大きいが、ウエハ１３下の１ない
し複数のワイヤを巻いたソレノイドにより、生成させる
と便利である。Ｂ磁界の均一性からの規則的なずれは、
恐らく単一ソレノイドで生成できる単一整形磁界によ
り、補正してよい。たとえば、像を形成すべき面上の高
さの変化によるといった局部的な変動に起因する焦点距
離の収差は、別々の磁石により調整するのが、最善であ
る。
【００３６】ほとんどの必要な動作に対して、各マスク
レベルに対する微調整が望ましい可能性がある。機械的
な移動、温度変動等による焦点距離の予想される変化
は、要求度の低いプロセスに対しては、厳密さを必要と
しないかもしれない。その場合、微細な焦点あわせは、
毎日の開始時にのみ必要となる。
レベルに対する微調整が望ましい可能性がある。機械的
な移動、温度変動等による焦点距離の予想される変化
は、要求度の低いプロセスに対しては、厳密さを必要と
しないかもしれない。その場合、微細な焦点あわせは、
毎日の開始時にのみ必要となる。
【００３７】図１は一構成を概略的に表わしたもので、
この場合距離Ｌは陰極１から一サイクロトロン共鳴周期
分離れたレジスト１２上に、像の焦点をあわせるよう
に、設定される。（例で用いた条件下において、）約
０．２cmの距離に対応した単一周期間隔を用いること
は、陰極に損傷を与える可能性を減す十分な間隔であ
る。より多くの周期に対応したなお大きな間隔は、恐ら
くある程度劣化はするであろうが、なお適切な解像度が
得られる。この許容される間隔は、１：１Ｘ−線に対す
る本発明の方式の、主要な利点の１つを構成する。
この場合距離Ｌは陰極１から一サイクロトロン共鳴周期
分離れたレジスト１２上に、像の焦点をあわせるよう
に、設定される。（例で用いた条件下において、）約
０．２cmの距離に対応した単一周期間隔を用いること
は、陰極に損傷を与える可能性を減す十分な間隔であ
る。より多くの周期に対応したなお大きな間隔は、恐ら
くある程度劣化はするであろうが、なお適切な解像度が
得られる。この許容される間隔は、１：１Ｘ−線に対す
る本発明の方式の、主要な利点の１つを構成する。
【００３８】２ないし５テスラの磁界は、２kVないし１
００kVの加速電圧とともに、像形成面で５００Åかそれ
より良好な解像度をもたらす。１平方センチメートル当
り１ないし１０マイクロアンペアの電流密度の範囲内で
の加速（１−１０μＡ／cm2）は、数十秒のＰＭＭＡ露
出時間を生じる。
００kVの加速電圧とともに、像形成面で５００Åかそれ
より良好な解像度をもたらす。１平方センチメートル当
り１ないし１０マイクロアンペアの電流密度の範囲内で
の加速（１−１０μＡ／cm2）は、数十秒のＰＭＭＡ露
出時間を生じる。
【００３９】ほとんどの場合、説明は１：１マスクから
の瞬時の露出に関してであった。この方式はたとえばス
テップ−アンド−リピートの走査及びたとえば期待され
るｅ−ビーム及びＸ線投影システムで用いられるよう
な、４Ｘ−５Ｘマスクの使用による像縮小の両方に、利
点をもたらす。より小さな部分像の走査により、磁界及
び電界の両方に対する均一性の条件は緩和される。後方
散乱に基く基準マークの使用から生じる従来技術の問題
は、Ｘ線励起蛍光の使用により、避けられる。たとえば
１０-8cm2 のマーク面積は適切で、描画のために最適化
された条件を変える必要はない。
の瞬時の露出に関してであった。この方式はたとえばス
テップ−アンド−リピートの走査及びたとえば期待され
るｅ−ビーム及びＸ線投影システムで用いられるよう
な、４Ｘ−５Ｘマスクの使用による像縮小の両方に、利
点をもたらす。より小さな部分像の走査により、磁界及
び電界の両方に対する均一性の条件は緩和される。後方
散乱に基く基準マークの使用から生じる従来技術の問題
は、Ｘ線励起蛍光の使用により、避けられる。たとえば
１０-8cm2 のマーク面積は適切で、描画のために最適化
された条件を変える必要はない。
【００４０】図４はフォトカソードに対して、投影され
た像を、縮小／拡大するための“漏斗”手段を、概略的
に表わす。それはクロム“固着”層４２を設けたサファ
イヤ基板４１、タングステン阻止領域４３及び層状領域
４４及び４５を含む図１と同様のフォトカソード４０を
含む。ＵＶ放射４６は領域４４を励起し、領域４３によ
り、励起領域４５から妨げられている。
た像を、縮小／拡大するための“漏斗”手段を、概略的
に表わす。それはクロム“固着”層４２を設けたサファ
イヤ基板４１、タングステン阻止領域４３及び層状領域
４４及び４５を含む図１と同様のフォトカソード４０を
含む。ＵＶ放射４６は領域４４を励起し、領域４３によ
り、励起領域４５から妨げられている。
【００４１】別々又は一連のターン４７、４８及び４９
の超伝導磁石は、磁力線５０により表わされたたとえば
２テスラの、一様な磁界を生成する。巻き線５１、５
２、５３、５４及び５５から成る第２の超伝導磁石は、
今度は磁力線５６によって表わされたように、その断面
積を減し、かつ強度を恐らく１０テスラに増加させるた
めに、磁界を圧縮する。このように縮小された像は、基
板５８により支持された層５７上に、投影される。たと
えば５０kVの印加電圧は、構造４０を層５７に対して、
陰極的にする。
の超伝導磁石は、磁力線５０により表わされたたとえば
２テスラの、一様な磁界を生成する。巻き線５１、５
２、５３、５４及び５５から成る第２の超伝導磁石は、
今度は磁力線５６によって表わされたように、その断面
積を減し、かつ強度を恐らく１０テスラに増加させるた
めに、磁界を圧縮する。このように縮小された像は、基
板５８により支持された層５７上に、投影される。たと
えば５０kVの印加電圧は、構造４０を層５７に対して、
陰極的にする。
【００４２】最も望ましくは、加速電界の方向は、磁力
線５０及び５６と平行である。図４に示された具体的な
実施例において、分路６１により相互接続された導電性
回折格子５９及び６０間に、場のない領域、すなわち電
界のない領域を設けることにより、装置の複雑さは軽減
される。他の装置は回折格子５９及び６０間の磁力線に
平行な方向の別の加速電界を、用いてもよい。
線５０及び５６と平行である。図４に示された具体的な
実施例において、分路６１により相互接続された導電性
回折格子５９及び６０間に、場のない領域、すなわち電
界のない領域を設けることにより、装置の複雑さは軽減
される。他の装置は回折格子５９及び６０間の磁力線に
平行な方向の別の加速電界を、用いてもよい。
【００４３】図５は磁界圧縮領域における電子経路長
に、半径方向に依存した差をもたせた“漏斗”を示す。
説明のため、示されている構造は、加速格子８９、９０
及び９１とバイアスを伴っていることを除いて、図４の
ものと同一である。最もはしの電子の経路長が増すこと
は、中心のビームからの距離が大きくなるにつれ、より
近接するように整形する格子８９及び９０により補償さ
れる。これによって、加速電界は増し、経路長の増加が
打ち消され、焦点面の平坦さが改善される。この説明に
おいて、無電界領域が、補償領域のいずれの側にも保た
れる。加速はそれぞれ電圧源Va及びVa′により、領域７
４−９１及び８９−９０に限定される。
に、半径方向に依存した差をもたせた“漏斗”を示す。
説明のため、示されている構造は、加速格子８９、９０
及び９１とバイアスを伴っていることを除いて、図４の
ものと同一である。最もはしの電子の経路長が増すこと
は、中心のビームからの距離が大きくなるにつれ、より
近接するように整形する格子８９及び９０により補償さ
れる。これによって、加速電界は増し、経路長の増加が
打ち消され、焦点面の平坦さが改善される。この説明に
おいて、無電界領域が、補償領域のいずれの側にも保た
れる。加速はそれぞれ電圧源Va及びVa′により、領域７
４−９１及び８９−９０に限定される。
【００４４】“漏斗”方式は、ほぼ同エネルギーの電子
の像形成に最も適している。これはフォトカソード像形
成で、明らかである。他の形の像形成によっても、エネ
ルギーの広がりを狭くすることは、可能である。“漏
斗”は吸収−透明マスクを用いるシステムにおいても、
有用である。電子のエネルギーの広がりを増すエネルギ
ー低下衝突により、散乱−非散乱マスクに対しては、有
用でない可能性が大きい。
の像形成に最も適している。これはフォトカソード像形
成で、明らかである。他の形の像形成によっても、エネ
ルギーの広がりを狭くすることは、可能である。“漏
斗”は吸収−透明マスクを用いるシステムにおいても、
有用である。電子のエネルギーの広がりを増すエネルギ
ー低下衝突により、散乱−非散乱マスクに対しては、有
用でない可能性が大きい。
【００４５】
【実施例】〔実施例１〕 １：１描画に薄−薄陰極が用
いられている。光電子放出材料は、（５．６eVの仕事関
数の）２００Å厚の元素Ptである。阻止は、１００Å W
2O3 層を生じるよう酸化された２００Å厚のタングステ
ンの領域による。その酸化物の仕事関数は、7.５eVであ
る。構造は図２のものと類似であり、Pt及びＷ両方の固
着を確実にする１００Å Cr"固着" 層を有する0.１μm
厚のサファイヤ基板を含む。
いられている。光電子放出材料は、（５．６eVの仕事関
数の）２００Å厚の元素Ptである。阻止は、１００Å W
2O3 層を生じるよう酸化された２００Å厚のタングステ
ンの領域による。その酸化物の仕事関数は、7.５eVであ
る。構造は図２のものと類似であり、Pt及びＷ両方の固
着を確実にする１００Å Cr"固着" 層を有する0.１μm
厚のサファイヤ基板を含む。
【００４６】陰極の裏面は、クリプトンランプで照射さ
れる。１０-3の均一性をもつ２テスラ磁界が印加され
る。０．５cmの陰極−ウエハ間隔に対して、５０kV／cm
又は２５kV／cmの加速電界が印加される。１０cm2 のウ
エハ面積上のＰＭＭＡ中の３００Åのパターン形成に、
５ないし１０秒かかる。
れる。１０-3の均一性をもつ２テスラ磁界が印加され
る。０．５cmの陰極−ウエハ間隔に対して、５０kV／cm
又は２５kV／cmの加速電界が印加される。１０cm2 のウ
エハ面積上のＰＭＭＡ中の３００Åのパターン形成に、
５ないし１０秒かかる。
【００４７】〔実施例２〕 図１に示された厚−薄構造
は、ＵＶ吸収又は反射に対し、光電子放出に２００Å厚
のPt及び阻止のために１０００Å厚のＷを用いる。励起
用に、クリプトンランプが用いられる。陰極−ウエハ間
隔は、１．５cmである。４テスラの磁界及び７０kVの加
速電圧で、ＰＭＭＡ中の２００Åのパターン形成に、２
０秒かかる。
は、ＵＶ吸収又は反射に対し、光電子放出に２００Å厚
のPt及び阻止のために１０００Å厚のＷを用いる。励起
用に、クリプトンランプが用いられる。陰極−ウエハ間
隔は、１．５cmである。４テスラの磁界及び７０kVの加
速電圧で、ＰＭＭＡ中の２００Åのパターン形成に、２
０秒かかる。
【００４８】〔実施例３〕 陰極−ウエハ間隔が０．１
cmで、２kVの加速電圧を用いること以外は、例２の装置
及び条件が、シランに露出することにより、表面の感度
が増したＰＭＭＡで被覆されたシリコンウエハ上の１５
００Åのパターン形成に、用いられた。約２０秒の露出
時間が適当である。
cmで、２kVの加速電圧を用いること以外は、例２の装置
及び条件が、シランに露出することにより、表面の感度
が増したＰＭＭＡで被覆されたシリコンウエハ上の１５
００Åのパターン形成に、用いられた。約２０秒の露出
時間が適当である。
【００４９】〔実施例４〕 図３の構造の陰極は、１０
０Åのクロム層と最終的な１００Åの白金層を有する
０．１mm厚のサファイヤ基板を用いる。白金はＰＭＭＡ
上の（ＥＢＥＳによる）直接電子ビーム書き込みと、そ
れに続く現像により、パターン形成される。パターンは
クロムを露出させるためのプラズマエッチングにより、
白金層に転写される。Cr2O3 の１００Å層を生成させる
ために、合成された表面を酸化する。ＰＭＭＡ中に２０
０Å設計則パターンを生成するために、実施例２の条件
下で、パターン描画フォトカソードが用いられる。
０Åのクロム層と最終的な１００Åの白金層を有する
０．１mm厚のサファイヤ基板を用いる。白金はＰＭＭＡ
上の（ＥＢＥＳによる）直接電子ビーム書き込みと、そ
れに続く現像により、パターン形成される。パターンは
クロムを露出させるためのプラズマエッチングにより、
白金層に転写される。Cr2O3 の１００Å層を生成させる
ために、合成された表面を酸化する。ＰＭＭＡ中に２０
０Å設計則パターンを生成するために、実施例２の条件
下で、パターン描画フォトカソードが用いられる。
【図１】活性化、電子放射及びシンクロトロン放射を行
わせるための本発明の陰極構造を概念的に描き、示され
た陰極構造は放射表面全体下のＵＶ阻止領域によりパタ
ーン形成され、それは“厚−薄”陰極の例である図であ
る。
わせるための本発明の陰極構造を概念的に描き、示され
た陰極構造は放射表面全体下のＵＶ阻止領域によりパタ
ーン形成され、それは“厚−薄”陰極の例である図であ
る。
【図２】“厚−薄”陰極の別の構造を描き、ここで増加
した仕事関数の表面阻止領域により、光電子放射がパタ
ーン形成される図である。
した仕事関数の表面阻止領域により、光電子放射がパタ
ーン形成される図である。
【図３】光電子放射材料それ自身がパターン形成され、
裸の領域は下の非放射材料を露出する構造の更に別の形
を示し、陰極構造／材料及びプロセスの両方の議論で、
参照する図である。
裸の領域は下の非放射材料を露出する構造の更に別の形
を示し、陰極構造／材料及びプロセスの両方の議論で、
参照する図である。
【図４】投影される像の寸法を減少させるため、変化す
る磁界強度を用いた“漏斗”投影−マーキングのための
構造を、ダイヤグラムで示す図である。
る磁界強度を用いた“漏斗”投影−マーキングのための
構造を、ダイヤグラムで示す図である。
【図５】別の“漏斗”構造をダイヤグラムで示す図であ
る。
る。
１ 構造、陰極 ２ 基板 ３ 固着層 ４ 領域、阻止材料、材料 ５ 励起放射、放射 ６ 領域 ７ 放射領域、領域 ９ 電子 １１ ノード １２ 層、レジスト層 １３ シリコンウエハ、ウエハ ２０ 基板 ２１ 層 ２２ 固着層 ２３ 阻止領域 ２４ 固着層 ３２ 光電子放射層 ３３ 非放射層 ３４ 基板 ３５ 固着層 ４０ 構造、フォトカソード ４１ サファイヤ基板 ４２ 固着層 ４３ 阻止領域 ４４ 層状領域、領域 ４５ 層状領域、励起領域 ４６ ＵＶ放射領域 ４７、４８、４９ ターン ５０ 磁力線 ５１〜５５ 巻き線 ５６ 磁力線 ５７ 層 ５８ 基板 ５９、６０ 回折格子 ６１ 分路 ７４〜９１ 領域うち８９〜９１ 加速格子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ レイモンド ブランデス アメリカ合衆国 06810 コネティカット, ダンバリー，コールピット ヒル ロード 124 (72)発明者 フィリップ モス プラッツマン アメリカ合衆国 07078 ニュージャーシ ィ，ショート ヒルズ，アディソン ドラ イヴ 80
Claims (17)
- 【請求項１】 パターン形成された電子放射でレジスト
を照射することを含む0.２５μm より小さなパターン寸
法の描画を含むデバイス作製の方法において、 そのようなパターン形成された放射は、ＵＶ励起された
自由表面貴金属光電子放出材料を含むフォトカソードか
ら生じ、前記放射はフォトカソードから、サイクロトロ
ン共鳴周期の整数倍離れたそのようなレジスト上に焦点
が合わされ、焦点合せと電子の加速は、パターン形成さ
れた電子放射の全断面積に渡って、本質的に均一な印加
磁界及び電界により生じることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記自由表面はメンデレーフに従う周期
律表に含まれる原子番号４４−４７及び７５−７９から
成る類から選択された少くとも１つの元素から本質的に
なる層の表面である請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記自由表面は、少くとも１００Åの厚
さの光電子放射層の表面である請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 そのような層はパターン形成されず、放
出された電子は放射材料より仕事関数の大きな自由表面
を供する重畳された阻止層材料により、パターン形成さ
れる請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 阻止層は光電子放射材料より大きな仕事
関数の貴金属である請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 阻止層材料はPtから成る請求項５記載の
方法。 - 【請求項７】 前記層はパターン形成されず、放出され
た電子放射は、ＵＶ励起エネルギーを吸収又は反射する
下の阻止領域により、パターン形成される請求項３記載
の方法。 - 【請求項８】 下の阻止領域はタングステンから成る請
求項７記載の方法。 - 【請求項９】 放射層材料は、より大きな仕事関数の下
の材料を露出させるため、エッチング−パターン形成さ
れる請求項３記載の方法。 - 【請求項１０】 磁界は少くとも１テスラの強度をもつ
請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】 前記電界は少くとも１０kV／cmである
請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 像形成面及び陰極間の間隔は、単一シ
ンクロトロン共鳴周期に対応する請求項１記載の方法。 - 【請求項１３】 パターンの位置合せは、Ｘ線が照射さ
れた時、蛍光を発する基準マークによる配置を含む請求
項１記載の方法。 - 【請求項１４】 磁界は電子が移動する方向に、強度が
増加し、断面積が減少し、それによりレジスト上の像
は、フォトカソード上の像に比べて、大きさが減少する
請求項１記載の方法。 - 【請求項１５】 像形成面上への焦点合わせは、微調整
磁界により改善される請求項１記載の方法。 - 【請求項１６】 投影された像の寸法が変化する少くと
も１つの投影電子像形成工程を含むデバイス作製の方法
において、 通過する電子は、その電子に垂直な方向に断面が一様な
磁界を受け、そのような磁界は少くとも一度断面が変化
し、像の寸法の変化は、そのような磁界の変化を伴うこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項１７】 投影される電子像は、パターン形成さ
れたフォトカソードから生じ、一様な磁界は圧縮され、
像寸法が縮小する請求項１６記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/997,817 US5395738A (en) | 1992-12-29 | 1992-12-29 | Electron lithography using a photocathode |
| US997817 | 1992-12-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06283466A true JPH06283466A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=25544430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5325582A Pending JPH06283466A (ja) | 1992-12-29 | 1993-12-24 | フォトカソードを用いた電子線リソグラフィ |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5395738A (ja) |
| EP (1) | EP0605964B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06283466A (ja) |
| KR (1) | KR100328799B1 (ja) |
| CA (1) | CA2107451C (ja) |
| DE (1) | DE69324560T2 (ja) |
| ES (1) | ES2132199T3 (ja) |
| TW (1) | TW249865B (ja) |
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| JP2015041648A (ja) * | 2013-08-20 | 2015-03-02 | 株式会社東芝 | パターン形成方法、パターン形成用マスク及びパターン形成装置 |
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