JPH065498A

JPH065498A - 荷電粒子ビーム描画装置

Info

Publication number: JPH065498A
Application number: JP16488092A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Saida; 雅裕斉田; Kazuo Takayama; 一男高山; Akira Tonegawa; 昭利根川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1992-06-23
Filing date: 1992-06-23
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】大がかりで高価な設備を設置することなく、高
速且つ高精度にパターンを描画することが可能な荷電粒
子ビーム描画装置を提供する。【構成】陰極１１を備えた放電室１０の荷電粒子引き出
し口１９方向に陽極１２を設置し、前記放電室１０の外
部の陽極１２付近に、放電室１０で生成された荷電粒子
１７を外部に引き出す引き出し電極１６を設置し、前記
陰極１１と陽極１２との間に浮遊電極１４Ａ〜１４Ｃを
設置し、浮遊電極１４Ａ〜１４Ｃに、これらを選択する
荷電選択手段２３を接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビーム描画装
置に係り、特に、荷電粒子ビームを利用して高速且つ高
精度にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、被描画体に、電子ビームやイ
オンビームなどの荷電粒子ビームを利用してパターンを
記録する描画装置として、様々な荷電粒子ビーム描画装
置が紹介されている。例えば、特開平３−１５０８３７
号公報、特開平３−１５１６２７号公報などに開示され
ている荷電粒子ビーム描画装置は、放電室内で生成した
荷電粒子（例えば、プラズマ等）を、当該放電室から外
部へ引き出して荷電粒子ビームとし、この荷電粒子ビー
ムをレンズで集束した後、偏向器で偏向してビーム制限
絞り器の開口部を通過させたり、させなかったりするこ
とで、描画部、非描画部を形成して所望パターンを描画
している。

【０００３】また、荷電粒子を生成する陰極の電源出力
をパルス化することで、荷電粒子自身を、ＯＮ／ＯＦＦ
させて、描画部、非描画部を形成し、所望パターンを描
写する荷電粒子ビーム描画装置が紹介されている。さら
に、荷電粒子を放電室内から外部に引き出す引き出し電
極にかかる電圧をパルス化することで、荷電粒子ビーム
自身をＯＮ／ＯＦＦさせて、描画部、非描画部を形成
し、所望パターンを描写する荷電粒子ビーム描画装置も
紹介されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平３−１５０８３７号公報、特開平３−１５１６２７
号公報等に開示されている荷電粒子ビーム描画装置は、
前記荷電粒子ビームの偏向を行う偏向器に、１００Ｖ以
上の電圧をかける必要があり、これを高周波数でＯＮ／
ＯＦＦするには、高価な装置が必要となり、コストの増
加を招くという問題があった。また、放電室から引き出
した荷電粒子ビームを集束するレンズや、荷電粒子ビー
ムを偏向する偏向器、及び、ビーム制限絞り器が必要と
なり、設備費用が増加するという問題もあった。

【０００５】また、前記陰極の電源出力をパルス化し、
荷電粒子自身をＯＮ／ＯＦＦする荷電粒子ビーム描画装
置は、荷電粒子の発生を開始する際に、過渡現象が出や
すいため、電源の形態によっては、荷電粒子の発生が困
難となる場合がある。従って、安定した荷電粒子ビーム
を高周波でＯＮ／ＯＦＦすることが困難となり、精度の
高い描画を行うことができないという問題があった。

【０００６】さらに、前記引き出し電極にかかる電圧を
パルス化することで、荷電粒子ビーム自身をＯＮ／ＯＦ
Ｆする荷電粒子ビーム描画装置は、引き出し電極に、通
常、数ＫＶ〜数１０ＫＶの電圧をかける必要がある。従
って、前記引き出し電極にかかる電圧をパルス化するに
は、数１０ＫＶと０ＫＶとの間でパルス出力を行うた
め、回路上、大規模な設備や高価な設備が必要となると
いう問題があった。

【０００７】本発明は、このような問題を解決すること
を課題とするものであり、大がかりで高価な設備を設置
することなく、高速且つ高精度にパターンを描画するこ
とが可能な荷電粒子ビーム描画装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、陰極を備えた放電室と、当該放電室の荷
電粒子引き出し口方向に設置した陽極と、前記放電室で
生成された荷電粒子を外部に引き出す引き出し電極と、
を備えた荷電粒子ビーム描画装置において、前記陰極と
陽極との間に浮遊電極を少なくとも一つ設置し、当該浮
遊電極に、該浮遊電極を選択する荷電選択手段を接続し
たことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置を提供する
ものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、前記陰極と陽極との間に浮遊
電極を少なくとも一つ設置し、当該浮遊電極に、該浮遊
電極を選択する荷電選択手段を接続したため、当該荷電
選択手段により前記浮遊電極を荷電選択する（ＯＮ）
と、この選択された浮遊電極のうち、最も荷電粒子ビー
ム引き出し口から離れた浮遊電極が、陽極の役割を果た
す。ここで、荷電粒子は、陰極と陽極との間で生成され
るため、前記浮遊電極を荷電選択すると、当該浮遊電極
と前記陰極との間で荷電粒子が生成される。一方、浮遊
電極を荷電選択しない（すべてＯＦＦ）場合は、本来の
陽極と陰極との間で荷電粒子が生成される。従って、浮
遊電極の荷電選択の有無（ＯＮ／ＯＦＦ）により、前記
放電室内における荷電粒子の生成範囲（生成領域）を決
定することができる。

【００１０】即ち、荷電選択した浮遊電極と陰極との間
で荷電粒子を生成した後、当該浮遊電極の荷電選択を解
除すると、前記荷電粒子は、本来の陽極まで到達して引
き出し電極の作用を受け、荷電粒子ビームが放電室から
外部に引き出される。この状態の時、前記荷電粒子ビー
ムは、被描画体に描画部を形成する。そして、前記浮遊
電極を再び荷電選択すると、前記荷電粒子は、当該浮遊
電極位置まで後退し、前記荷電粒子ビームの引き出しが
停止する。この状態の時、前記荷電ビームは、被描画体
に非描画部を形成する。

【００１１】従って、前記放電室に、常に荷電粒子を存
在させた状態で、荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦを行う
ことができるため、安定した荷電粒子ビームを高周波で
ＯＮ／ＯＦＦすることが可能であり、高速で精度の高い
描画を行うことができる。また、大規模で高価な装置を
設置する必要がないため、設備コストを削減することが
できる。

【００１２】また、前記浮遊電極の設置数を増加し、且
つ、最も陽極寄りの荷電粒子導出路の長さを短くするこ
とで、荷電粒子の状態を安定させることができる。ま
た、荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦの電位差も小さくな
り、放電電源への負担を軽減でき、しかもより高周波な
荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦが可能となる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明に係る一実施例について図面を
参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る荷電
粒子ビーム描画装置の構成図である。図１に符号１０で
示す放電室は、円筒８の一端に円盤形状の側壁９を、他
端に円盤形状の陽極１２を設けた構造を有している。本
実施例では、後に説明する荷電粒子１７の存在する範囲
を２つに分け、前記放電室１０内の陰極１１内径面と面
した部分を主放電室１０ａとし、後述する浮遊電極群１
５内径面と面した部分を荷電粒子導出路１０ｂとした。
前記側壁９の略中央部には、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）
やアルゴン（Ａｒ）などの荷電粒子１７を発生させる希
ガスを供給するガス入口１８が設けられている。一方、
前記陽極１２の中央部には、後に説明する荷電粒子ビー
ム７を外部へ引き出すためのビーム引き出し口１９（内
径＝１ｍｍ程度）が開口されている。

【００１４】この放電室１０内には、前記円筒８形状に
対応した略円筒形の陰極１１（内径＝４０ｍｍ程度）
が、側壁９側から長手方向略中央部に架けて、円筒８及
び側壁９と絶縁されて周設されている。さらに、前記陽
極１２と陰極１１との間には、浮遊電極群１５が設置さ
れている。この浮遊電極群１５は、陰極１１側から順
に、浮遊電極１４Ａ、浮遊電極１４Ｂ及び浮遊電極１４
Ｃが、隣接する浮遊電極との間に絶縁体１３を介した状
態で設置された構造を有している。

【００１５】前記浮遊電極１４Ａは、側壁９側から陽極
１２側に向けて、おおむね外径は一様で、内径が徐々に
小さくなった円板形状を有しており、その内部は中空状
態となっている。また、前記浮遊電極１４Ｂ及び１４Ｃ
は、前記浮遊電極１２Ａの最小内径（４ｍｍ）を有する
孔が開口された円板形状を有しており、その内部は中空
状態となっている。そして、前記浮遊電極１４Ａ〜１４
Ｃの中央開口部が、後に説明する荷電粒子１７の通路、
すなわち、荷電粒子導出路１０ｂを形成している。

【００１６】さらに、前記陽極１２に近接した放電室１
０の外部には、引き出し電極１６が前記陽極１２と対向
して設置されている。この引き出し電極１６の中央部に
は、後に説明する荷電粒子ビーム７を外部へ引き出すた
めのビーム引き出し口６が開口されている。なお、この
引き出し電極１６は、陽極１２まで到達した荷電粒子１
７のみを外部に引き出すように設定されている。

【００１７】前記引き出し電極１６と陽極１２に、引き
出し電源２０が直列に接続されている。そして、この引
き出し電源２０の陽極（＋）側と陰極１１に、放電電源
２１が直列に接続されている。さらに、放電電源２１の
陽極（＋）側と浮遊電極１４Ａが、スイッチ２２Ａを介
して接続されている。また、放電電源２１の陽極（＋）
側と浮遊電極１４Ｂが、スイッチ２２Ｂを介して接続さ
れている。さらに、放電電源２１の陽極（＋）側と浮遊
電極１４Ｃが、スイッチ２２Ｃを介して接続されてい
る。このスイッチ２２Ａ〜２２Ｃが荷電選択手段２３を
構成している。これらのうち、スイッチ２２Ａ及び２２
Ｂは、通常のスイッチでよいが、スイッチ２２Ｃについ
ては、後に説明するが、高周波でＯＮ／ＯＦＦの制御が
可能なものを用いる。なお、引き出し電源２０の陰極
（−）側は、アース２４により接地されている。

【００１８】次に、本実施例にかかる荷電粒子ビーム描
画装置の具体的動作について説明する。先ず、スイッチ
２２Ａ〜２２ＣをＯＮ（接続）し、ガス入口１８から放
電室１０の陰極１１内に、例えば、圧力が０．５Ｔｏｒ
ｒ程度となるように、ヘリウムを導入する。

【００１９】次に、放電電源２１の電圧を上げていく
と、放電が開始され、放電室１０内に荷電粒子（プラズ
マ）１７が発生する。ここで、浮遊電極１４Ａは、陽極
となっているため、荷電粒子１７は、当該浮遊電極１４
Ａと陰極１１との間で生成される。次いで、前記浮遊電
極１４ＡをＯＦＦすると、前記荷電粒子１７は、浮遊電
極１４Ｂの側壁９側端部まで到達し、さらに、浮遊電極
１４ＢをＯＦＦすると、前記荷電粒子１７は、図２に示
すように、浮遊電極１４Ｃの側壁９側端部まで到達す
る。そしてさらに、浮遊電極１４ＣをＯＦＦすると、前
記荷電粒子１７は、図１に示すように、陽極１２まで到
達し、引き出し電極１６の作用を受けて、荷電粒子１７
を外部に引き出し、荷電粒子ビーム７が放出されて描画
を行う。この時、放電電源２１の電流を０．２Ａに設定
したところ、陰極１１を基準（０Ｖ）とした各部の相対
的電位は、陰極１１の電位は、−６００Ｖ、浮遊電極１
４Ａの電位は、−４００Ｖ、浮遊電極１４Ｂの電位は、
−１００Ｖ、浮遊電極１４Ｃの電位は、−３０Ｖ、陽極
の電位は、０Ｖであった。

【００２０】次に、浮遊電極１４ＣをＯＮすると、前記
荷電粒子１７は、浮遊電極１４Ｃの側壁９側端部まで後
退し、引き出し電極１６の作用を受けなくなるため、荷
電粒子ビーム７は、放出されず、描画が中止される。こ
のように、前記放電室１０の主放電室１０ａ及び、荷電
粒子導出路１０ｂの浮遊電極１４Ｃの側壁９側端部ま
で、常に荷電粒子１７を存在させた状態とすることによ
り、浮遊電極１４ＣのＯＮ／ＯＦＦを行い、荷電粒子ビ
ーム７のＯＮ／ＯＦＦを行うことができる。従って、安
定した荷電粒子ビーム７を高周波でＯＮ／ＯＦＦするこ
とが可能であり、高速で精度の高い描画を行うことがで
きる。

【００２１】次に、前記荷電選択手段２３として、ＬＥ
Ｄ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）を備えた
パルスジェネレータとフォトトランジスタを用いた場合
について説明する。図３は、図１に示す荷電粒子ビーム
描画装置の荷電選択手段２３として、ＬＥＤ３６を備え
たパルスジェネレータ３１とフォトトランジスタ３２を
用いた際の陽極１２と浮遊電極１４Ｃとの間の回路図を
示している。

【００２２】図３に示すように、引き出し電極端子３９
と陽極端子３５に、引き出し電源２０が直列に接続され
ている。また、この引き出し電源２０の陽極（＋）側と
陰極端子３８に、放電電源２１が直列に接続されてい
る。さらに、放電電源２１の陽極（＋）側と浮遊電極１
４Ｃ端子３７が、荷電選択手段２３を介して接続されて
いる。

【００２３】この荷電選択手段２３は、フォトトランジ
スタ３２、トランジスタ駆動電源３３及びトランジスタ
３４から構成されている。前記フォトトランジスタ３２
は、エミッタ側がトランジスタ３４のベースに接続さ
れ、コレクタ側がトランジスタ駆動電源３３の陽極
（＋）に接続されている。そして、トランジスタ駆動電
源３３の陰極（−）側が、浮遊電極１４Ｃ端子３７に接
続されている。一方、前記トランジスタ３４のエミッタ
側は、前記トランジスタ駆動電源３３の陰極（−）側に
接続され、コレクタ側は、放電電極２１の陽極（＋）に
接続されている。尚、陰極端子３８と浮遊電極１４Ｃ端
子３７との間にある抵抗、及び浮遊電極１４Ｃ端子３７
と陽極端子３５との間にある抵抗は、荷電粒子１７によ
る負荷抵抗を示している。従って、浮遊電極１４Ｃ端子
３７と陽極端子３５との間に、荷電りゅしが存在しない
時は、この間の抵抗は無限大（オープン）となる。

【００２４】さらに、前記引き出し電源２０の陰極
（−）側には、ＬＥＤ３６を備えたパルスジェネレータ
３１が接続されている。そして、このＬＥＤ３６からの
光を、フォトトランジスタ３２が受光するように設計さ
れている。また、引き出し電源２０の陰極（−）側及び
パルスジェネレータ３１は、アース２４により接地され
ている。

【００２５】次に、この荷電選択手段２３を備えた荷電
粒子ビーム描画装置の具体的動作について説明する。こ
の荷電粒子ビーム描画装置は、パルスジェネレータ３１
の接地電位と、荷電選択手段２３との間の電位は、引き
出し電源２１により、例えば、４ＫＶ程度の高電位差が
発生するため、パルスの受渡しに、ＬＥＤ３６とフォト
トランジスタ３２を用いて電気的絶縁を図っている。

【００２６】先ず、前記パルスジェネレータ３１の指示
により、ＬＥＤ３６を発光させる。ＬＥＤ３６が発光す
ると、この光をフォトトランジスタ３２が受光して、ト
ランジスタ駆動電源３３をＯＮし、トランジスタ３４を
駆動する。この状態の時、浮遊電極１４Ｃが荷電選択
（ＯＮ）され、荷電粒子１７は、浮遊電極１４Ｃの側壁
９側端部までしか到達しないため、図３において、浮遊
電極１４Ｃ端子３７と陽極端子３５との間は、抵抗が無
限大（オープン）となり、放電電源２１による回路は、
Ａ→Ｂ→Ｄ→Ｅのように形成される。

【００２７】また、前記パルスジェネレータ３１の指示
により、ＬＥＤ３６の発光を中止すると、トランジスタ
駆動電源３３がＯＦＦとなり、浮遊電極１４Ｃが荷電選
択されず、荷電粒子１７は、陽極１２に到達し、引き出
し電極１６の作用を受けて、荷電粒子１７を外部に引き
出し、荷電粒子ビーム７が放出されて描画を行う。この
場合、浮遊電極１４Ｃ端子３７と陽極端子３５との間に
荷電粒子が存在するため、浮遊電極１４Ｃ端子３７と陽
極端子３５との間の抵抗は、有限である。従って、放電
電源２１による回路は、Ａ→Ｃ→Ｄ→Ｅのように形成さ
れる。

【００２８】さらに、前記パルスジェネレータ３１の指
示により、ＬＥＤ３６を再び発光させると、前記と同様
に、浮遊電極１４Ｃが荷電選択（ＯＮ）され、荷電粒子
１７は、浮遊電極１４Ｃの側壁９側端部まで後退し、引
き出し電極１６の作用を受けなくなるため、荷電粒子ビ
ーム７は、放出されず、描画が中止される。このよう
に、放電室１０に、浮遊電極１４ＣのＯＮ／ＯＦＦによ
り、荷電粒子ビーム７のＯＮ／ＯＦＦを行うことができ
るため、安定した荷電粒子ビーム７を高周波でＯＮ／Ｏ
ＦＦすることが可能であり、高速で精度の高い描画を行
うことができる。また、パルス化原理にそって１００Ｋ
Ｈｚ程度までの高周波数の荷電粒子ビーム７を安定して
得ることができたが、１ＭＨｚ程度にすることも可能で
ある。

【００２９】さらに、パルスジェネレータ３１と、フォ
トトランジスタ３２を含む荷電選択手段２３によりパル
ス制御を行うことができるため、大規模で高価な装置を
設置する必要がない。なお、本実施例では、陰極１１を
加熱せずに荷電粒子１７を発生させる場合について説明
したが、これに限らず、放電室１０の中に熱電子供給手
段を設置し、これを陰極としてもよい。この場合、放電
効果を向上することができる。

【００３０】そして、本実施例では、陰極１１と陽極１
２との間に浮遊電極を３つ設置したが、これに限らず、
浮遊電極は、陰極１１と陽極１２との間であれば、少な
くとも１つ設置すればよい。また、前記浮遊電極の設置
数を増加し、且つ、最も陽極１２寄りの荷電粒子導出路
１０ｂの長さを短くすることで、荷電粒子１７の状態を
安定させることができる。また、荷電粒子ビーム７のＯ
Ｎ／ＯＦＦの電位差も小さくなり、放電電源２１への負
担を軽減でき、しかもより高周波な荷電粒子ビーム７の
ＯＮ／ＯＦＦが可能となる。

【００３１】また、本実施例では、荷電選択手段２３と
して、スイッチ２２Ａ〜２２Ｃを用いる場合と、フォト
トランジスタ３２を含む回路を用いる場合について説明
したが、これに限らず、浮遊電極の１４Ａ〜１４Ｃの荷
電選択が可能であれば、他の方法を用いてもよいことは
勿論である。そして、本実施例では、放電室１０の形状
を円筒形状としたため、陰極１１、浮遊電極１４Ａ〜１
４Ｃ、陽極１２などの形状をこれに対応した形状とした
が、これに限らず、放電室１０、陰極１１、浮遊電極１
４Ａ〜１４Ｃ、陽極１２などの形状は、中央に荷電粒子
導出路１０ｂが確保でき、且つ、導電体であれば、その
外径形状が多角形などに板状体、あるいは筒状体、環状
体などでも本発明の目的を達成することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
陰極と陽極との間に浮遊電極を少なくとも一つ設置し、
当該浮遊電極に、該浮遊電極を選択する荷電選択手段を
接続したため、荷電選択した浮遊電極を陽極にすること
ができ、陰極との間で荷電粒子が生成することができ
る。一方、前記浮遊電極を荷電選択しない場合は、本来
の陽極と陰極との間で荷電粒子が生成される。従って、
浮遊電極の荷電選択の有無（ＯＮ／ＯＦＦ）により、前
記放電室内における荷電粒子の生成範囲（生成領域）を
決定することができる。このため、前記放電室に、常に
荷電粒子を存在させた状態で、荷電粒子ビームのＯＮ／
ＯＦＦを行うことができる。この結果、安定した荷電粒
子ビームを高周波でＯＮ／ＯＦＦすることが可能であ
り、高速で精度の高い描画を行うことができる。また、
大規模で高価な装置を設置する必要がないため、設備コ
ストを削減することができる。

【００３３】また、前記浮遊電極の設置数を増加し、且
つ、最も陽極寄りの荷電粒子導出路の長さを短くするこ
とで、荷電粒子の状態を安定させることができる。ま
た、荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦの電位差も小さくな
り、放電電源への負担を軽減でき、しかもより高周波な
荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る荷電粒子ビーム描画装置
の構成図である。

【図２】本発明の実施例に係る荷電粒子ビーム描画装置
の構成図である。

【図３】図１に示す荷電粒子ビーム描画装置の荷電選択
手段２３として、ＬＥＤ３６を備えたパルスジェネレー
タ３１とフォトトランジスタ３２を用いた際の陽極１２
と浮遊電極１４Ｃとの間の回路図である。

【符号の説明】

７荷電粒子ビーム１０放電室１１陰極１２陽極１４Ａ浮遊電極１４Ｂ浮遊電極１４Ｃ浮遊電極１５浮遊電極群１６引き出し電極１７荷電粒子２０引き出し電源２１放電電源２３荷電選択手段３１パルスジェネレータ３２フォトトランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陰極を備えた放電室と、当該放電室の荷
電粒子引き出し口方向に設置した陽極と、前記放電室で
生成された荷電粒子を外部に引き出す引き出し電極と、
を備えた荷電粒子ビーム描画装置において、前記陰極と陽極との間に浮遊電極を少なくとも一つ設置
し、当該浮遊電極に、該浮遊電極を選択する荷電選択手
段を接続したことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装
置。