JPH0719744B2 - 電子ビーム露光方法 - Google Patents
電子ビーム露光方法Info
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- JPH0719744B2 JPH0719744B2 JP2128300A JP12830090A JPH0719744B2 JP H0719744 B2 JPH0719744 B2 JP H0719744B2 JP 2128300 A JP2128300 A JP 2128300A JP 12830090 A JP12830090 A JP 12830090A JP H0719744 B2 JPH0719744 B2 JP H0719744B2
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は電子ビーム露光方法に関する。従来用いられ
てきたランタンヘキサボーライドを熱陰極とする電子銃
の構造において、熱電子を取り出し易くするため、陰極
先端付近の形状は、電界の集中により高電界となるよう
に第１図（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、鋭くとが
らせるかあるいは円錐上の頂点に曲率をもたせた半球面
状に加工されるのが常であつた。このような形状とした
場合、陽極の高電圧による電界が先端に集中し電子ビー
ムの殆んどは先端付近のみより放出され、更にウエネル
トの負電位の効果により、先端以外からの電子放射は制
限を受ける。しかし、最近高輝度、大電流の電子ビーム
の取出せる陰極として注目されている単結晶ランタンヘ
キサボーライドの場合には、必ずしもこのような形状が
最良であるとは限らない。何故ならば、単結晶の場合、
電子放射のし易さの目やすとなるリチャードソン定数お
よび仕事函数に結晶方位依存性のあることが見い出され
ているので、先端形状を鋭角あるいは球面状とした場合
には、その先端付近にはあらゆる結晶方位が存在するこ
とになり、したがって電子の放射し易い方位だけでなく
放射されにくい方位も存在することになる。更にこのよ
うな形状では、先端付近における電界強度も場所によっ
て異なる。その結果として得られるクロスオーバーの電
流密度分布及び放射電流の強度角度分布が不均一にな
る。第２図（ａ）、（ｂ）に＜100＞方位を軸とするチ
ップからのクロスオーバー形状と放射電流パターン（エ
ミッションパターン）の図を、チップ温度を変数として
示す。ここでT1≒1400、T2≒1500、T3≒1550、T4≒1600
℃である。ただしバイアス電圧は温度T3で輝度が１×10
6A/Str・mm2となるように設定してある。このように温
度制限領域では（ＴT3）クロスオーバ形状とエミッシ
ョンパターンは４回対称で、このために上記クロスオー
バーの電流密度分布及び放射電流の角度分布が不均一に
なる。空間電荷制限領域（ＴT3）ではクロスオーバー
形状は円形であるが、エミッションパターンは不均一、
クロスオーバーの電流密度分布はガス分布に近くなる
が、放射電流の分布はガウス分布までにならない。クロ
スオーバー像の縮少像を用いる電子線露光装置では使用
条件が、T3ないしT4となり、アパーチャー投影型の電子
線露光装置ではアパーチャーを均一に照明する必要から
T4となる。
てきたランタンヘキサボーライドを熱陰極とする電子銃
の構造において、熱電子を取り出し易くするため、陰極
先端付近の形状は、電界の集中により高電界となるよう
に第１図（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、鋭くとが
らせるかあるいは円錐上の頂点に曲率をもたせた半球面
状に加工されるのが常であつた。このような形状とした
場合、陽極の高電圧による電界が先端に集中し電子ビー
ムの殆んどは先端付近のみより放出され、更にウエネル
トの負電位の効果により、先端以外からの電子放射は制
限を受ける。しかし、最近高輝度、大電流の電子ビーム
の取出せる陰極として注目されている単結晶ランタンヘ
キサボーライドの場合には、必ずしもこのような形状が
最良であるとは限らない。何故ならば、単結晶の場合、
電子放射のし易さの目やすとなるリチャードソン定数お
よび仕事函数に結晶方位依存性のあることが見い出され
ているので、先端形状を鋭角あるいは球面状とした場合
には、その先端付近にはあらゆる結晶方位が存在するこ
とになり、したがって電子の放射し易い方位だけでなく
放射されにくい方位も存在することになる。更にこのよ
うな形状では、先端付近における電界強度も場所によっ
て異なる。その結果として得られるクロスオーバーの電
流密度分布及び放射電流の強度角度分布が不均一にな
る。第２図（ａ）、（ｂ）に＜100＞方位を軸とするチ
ップからのクロスオーバー形状と放射電流パターン（エ
ミッションパターン）の図を、チップ温度を変数として
示す。ここでT1≒1400、T2≒1500、T3≒1550、T4≒1600
℃である。ただしバイアス電圧は温度T3で輝度が１×10
6A/Str・mm2となるように設定してある。このように温
度制限領域では（ＴT3）クロスオーバ形状とエミッシ
ョンパターンは４回対称で、このために上記クロスオー
バーの電流密度分布及び放射電流の角度分布が不均一に
なる。空間電荷制限領域（ＴT3）ではクロスオーバー
形状は円形であるが、エミッションパターンは不均一、
クロスオーバーの電流密度分布はガス分布に近くなる
が、放射電流の分布はガウス分布までにならない。クロ
スオーバー像の縮少像を用いる電子線露光装置では使用
条件が、T3ないしT4となり、アパーチャー投影型の電子
線露光装置ではアパーチャーを均一に照明する必要から
T4となる。
電子銃の寿命は陰極の使用温度によって殆んど左右され
るといってよく、高温では陰極の蒸発、ヒーターの変質
等により寿命は短かくなる。したがって、陰極温度は、
必要なクロスオーバー像、エミッションパターン、輝度
が得られる範囲内で、できるだけ低温にて用いることが
望ましい。この低温度によって現われる電子ビームの様
子を、従来の方位が無数に存在するような構造の場合と
の先端を平面にした場合についての差異を以下に詳しく
説明する。
るといってよく、高温では陰極の蒸発、ヒーターの変質
等により寿命は短かくなる。したがって、陰極温度は、
必要なクロスオーバー像、エミッションパターン、輝度
が得られる範囲内で、できるだけ低温にて用いることが
望ましい。この低温度によって現われる電子ビームの様
子を、従来の方位が無数に存在するような構造の場合と
の先端を平面にした場合についての差異を以下に詳しく
説明する。
先端が従来構造の球面となっている場合、結晶方位が無
数に存在するため、前記したように、リチャードソン定
数が大きく、仕事函数の低い方位からの電子ビームが強
く現われ、それは１つとは限らず複数個であるのが常で
ある。我々の実験結果によると、チップ軸方位に＜100
＞方位を用いた場合には先に述べたように４つのビーム
＜110＞方位及び＜111＞方位の場合には第３図（ａ）、
（ｂ）に示すようにそれぞれ２つと６つものビームが現
われ、このような状態での露光は不可能である。もちろ
んこのような低温でもウエネルト電極電位を深くするこ
とにより、これらの複数個のビームを１つにすることは
可能であるが、輝度が低下してしまう。従ってレジスト
を感光させるには長時間の露光が必要となり、スピード
の要求される露光装置の電子銃としては不充分である。
これを避けるには陰極温度を上昇させればよいが、それ
によって寿命が低下する。寿命に関して言及すると使用
温度が1600℃の場合は500時間以下であるが、1500℃の
場合には2000時間以上である。
数に存在するため、前記したように、リチャードソン定
数が大きく、仕事函数の低い方位からの電子ビームが強
く現われ、それは１つとは限らず複数個であるのが常で
ある。我々の実験結果によると、チップ軸方位に＜100
＞方位を用いた場合には先に述べたように４つのビーム
＜110＞方位及び＜111＞方位の場合には第３図（ａ）、
（ｂ）に示すようにそれぞれ２つと６つものビームが現
われ、このような状態での露光は不可能である。もちろ
んこのような低温でもウエネルト電極電位を深くするこ
とにより、これらの複数個のビームを１つにすることは
可能であるが、輝度が低下してしまう。従ってレジスト
を感光させるには長時間の露光が必要となり、スピード
の要求される露光装置の電子銃としては不充分である。
これを避けるには陰極温度を上昇させればよいが、それ
によって寿命が低下する。寿命に関して言及すると使用
温度が1600℃の場合は500時間以下であるが、1500℃の
場合には2000時間以上である。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、チップ
の先端を平面で構成し、放射電流の面異方性をなくして
露光を行うことを目的としている。
の先端を平面で構成し、放射電流の面異方性をなくして
露光を行うことを目的としている。
以下、本発明の詳細を図面を参照しながら説明する。
本発明の一実施例で用いるチップを第４図（ａ）、
（ｂ）に示す。チップの軸方位は＜100＞、チップ先端
の円錘の頂角は90度、円錘先端は100μｍφの円形の平
面に加工してある。このようなチップ形状では、先端の
円形平面上から主にビームが放射され、チップ斜面から
は放射されないことがわかった。第４図（ｃ）、（ｄ）
にこのチップから得られたクロスオーバー形状とエミッ
ションパターンの温度依存性を示す。この図からわかる
ように、T1〜T4の全領域でクロスオーバー形状とエミッ
ションパターンは１つである。さらに重要なことは温度
制限領域（T1〜T3）で、クロスオーバーの電流密度分布
及び放射電流の角度分布が第４図（ｅ）、（ｆ）に示す
ように矩形状であることである。空間電荷制限領域
（T4）では、共にガウス分布となる。したがってこのよ
うなチップはクロスオーバー縮少型あるいはアパーチャ
ー投影型の電子線露光装置に適用して低温で動作させる
ことができる。何故なら、クロスオーバー縮少型の電子
線露光装置ではシャープな露光が可能であり、放射電流
の角度分布が矩形で均一に分布しているため、アパーチ
ャー投影型の電子線露光装置では、アパーチャーを均一
にしかも有効に照明できるためである。
（ｂ）に示す。チップの軸方位は＜100＞、チップ先端
の円錘の頂角は90度、円錘先端は100μｍφの円形の平
面に加工してある。このようなチップ形状では、先端の
円形平面上から主にビームが放射され、チップ斜面から
は放射されないことがわかった。第４図（ｃ）、（ｄ）
にこのチップから得られたクロスオーバー形状とエミッ
ションパターンの温度依存性を示す。この図からわかる
ように、T1〜T4の全領域でクロスオーバー形状とエミッ
ションパターンは１つである。さらに重要なことは温度
制限領域（T1〜T3）で、クロスオーバーの電流密度分布
及び放射電流の角度分布が第４図（ｅ）、（ｆ）に示す
ように矩形状であることである。空間電荷制限領域
（T4）では、共にガウス分布となる。したがってこのよ
うなチップはクロスオーバー縮少型あるいはアパーチャ
ー投影型の電子線露光装置に適用して低温で動作させる
ことができる。何故なら、クロスオーバー縮少型の電子
線露光装置ではシャープな露光が可能であり、放射電流
の角度分布が矩形で均一に分布しているため、アパーチ
ャー投影型の電子線露光装置では、アパーチャーを均一
にしかも有効に照明できるためである。
チップ先端の平面の面積が広いほどビームの放射角は広
がり、アパーチャー投影型の露光装置に対して効果的で
ある。しかし平面の面積が広いほど輝度は低下すること
が判明した。先端を平面としたことにより、先端付近の
電界の強度が低下したためと考えられた。そこで発明者
等は陰極と陽極の距離を近くし、ウエネルト前面の電界
強度を大きくした。チップ先端の平面の面積が0.25mm2
より広いと、第６図に示したように描画するために必要
な輝度が１×106A/cm2・Strより低下し、電子線露光装
置には不適当であることが判明した。
がり、アパーチャー投影型の露光装置に対して効果的で
ある。しかし平面の面積が広いほど輝度は低下すること
が判明した。先端を平面としたことにより、先端付近の
電界の強度が低下したためと考えられた。そこで発明者
等は陰極と陽極の距離を近くし、ウエネルト前面の電界
強度を大きくした。チップ先端の平面の面積が0.25mm2
より広いと、第６図に示したように描画するために必要
な輝度が１×106A/cm2・Strより低下し、電子線露光装
置には不適当であることが判明した。
また、低温で用いることにより蒸発が抑制され長寿命と
なるが、この他に電界の集中が先端平面に対して均一で
あるので、陽イオンによる衝撃も一部分の領域に集中す
ることがないので低真空度におけるイオンスパッターに
よる劣化も減少し、長寿命の一因となる。
なるが、この他に電界の集中が先端平面に対して均一で
あるので、陽イオンによる衝撃も一部分の領域に集中す
ることがないので低真空度におけるイオンスパッターに
よる劣化も減少し、長寿命の一因となる。
本発明の一実施例で用いられるチップの形状についてそ
の他の応用例として第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示
した。（ａ）は長さ全体が円柱あるいは角柱であって、
先端が平面になっている。（ｂ）は先端への電界集中が
し易いように、先端の一部のみ径あるいは辺を小さくし
た円柱あるいは角柱となっており、先端はやはり平面に
加工されている。（ｃ）は角部とウエネルト間の接触、
放電等を防ぐため、角部を丸くあるいは鋭角とした
（ｂ）の変形であり、先端はやはり平面に仕上げられて
いる。
の他の応用例として第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示
した。（ａ）は長さ全体が円柱あるいは角柱であって、
先端が平面になっている。（ｂ）は先端への電界集中が
し易いように、先端の一部のみ径あるいは辺を小さくし
た円柱あるいは角柱となっており、先端はやはり平面に
加工されている。（ｃ）は角部とウエネルト間の接触、
放電等を防ぐため、角部を丸くあるいは鋭角とした
（ｂ）の変形であり、先端はやはり平面に仕上げられて
いる。
なお、構造はランタンヘキサボーライドのみに限らず、
仕事函数に結晶方位、異方性がある結晶を用いた陰極全
てに対して有効である。何故なら、これは電子光学上の
問題であり、材質の問題ではないからである。その他の
有効な材料として、ランタンヘキサボーライド以外の硼
化物単結晶、チタニウムカーバイト、ジルコニウムカー
バイト、タンタルカーバイト、ハフニウムカーバイト単
結晶等あるいは、これらの単結晶に不純物を混入したも
のが考えられる。
仕事函数に結晶方位、異方性がある結晶を用いた陰極全
てに対して有効である。何故なら、これは電子光学上の
問題であり、材質の問題ではないからである。その他の
有効な材料として、ランタンヘキサボーライド以外の硼
化物単結晶、チタニウムカーバイト、ジルコニウムカー
バイト、タンタルカーバイト、ハフニウムカーバイト単
結晶等あるいは、これらの単結晶に不純物を混入したも
のが考えられる。
第１図（ａ）、（ｂ）はランタンヘキサボーライド陰極
チップの従来の構造例を示す斜視図、第２図（ａ）は従
来構造の場合得られる＜100＞方位チップによるクロス
オーバー像の温度依存性を示す説明図、同図（ｂ）は従
来構造の＜100＞方位チップによるエミッションパター
ンの温度依存性を示す説明図、第３図（ａ）は従来構造
の＜110＞方位チップによる低温度下クロスオーバー像
を示す説明図、同図（ｂ）は従来構造の＜111＞方位チ
ップによる低温度下クロスオーバー像を示す説明図、第
４図（ａ）は本発明の一実施例で用いられるチップ正面
図、同図（ｂ）は同平面図、同図（ｃ）は本発明による
構造の場合に得られるエミッションパターンの温度依存
性を示す説明図、同図（ｄ）は本発明で用いられるチッ
プの構造の場合に得られるクロスオーバー像の温度依存
性を示す説明図、同図（ｅ）は本発明で用いられるチッ
プの構造の場合に得られるエミッションパターンの分布
の温度依存性を示す説明図、同図（ｆ）は本発明で用い
られるチップ構造の場合に得られるクロスオーバー像の
温度依存性を示す説明図、第５図（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は本発明で用いられるチップの他の例を示す概略
構成図、第６図は陰極先端平面領域の面積と輝度の関係
を示す特性図である。
チップの従来の構造例を示す斜視図、第２図（ａ）は従
来構造の場合得られる＜100＞方位チップによるクロス
オーバー像の温度依存性を示す説明図、同図（ｂ）は従
来構造の＜100＞方位チップによるエミッションパター
ンの温度依存性を示す説明図、第３図（ａ）は従来構造
の＜110＞方位チップによる低温度下クロスオーバー像
を示す説明図、同図（ｂ）は従来構造の＜111＞方位チ
ップによる低温度下クロスオーバー像を示す説明図、第
４図（ａ）は本発明の一実施例で用いられるチップ正面
図、同図（ｂ）は同平面図、同図（ｃ）は本発明による
構造の場合に得られるエミッションパターンの温度依存
性を示す説明図、同図（ｄ）は本発明で用いられるチッ
プの構造の場合に得られるクロスオーバー像の温度依存
性を示す説明図、同図（ｅ）は本発明で用いられるチッ
プの構造の場合に得られるエミッションパターンの分布
の温度依存性を示す説明図、同図（ｆ）は本発明で用い
られるチップ構造の場合に得られるクロスオーバー像の
温度依存性を示す説明図、第５図（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は本発明で用いられるチップの他の例を示す概略
構成図、第６図は陰極先端平面領域の面積と輝度の関係
を示す特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本山 華久樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭55−88233（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−53352（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】仕事関数あるいはリチャードソン定数に結
晶面異方性がある熱陰極材料からなり、かつ先端は電子
ビームを引き出す電界の方向に対し垂直な平面を有し、
この平面の面積が0.25mm2より小であり軸方位が＜100＞
であるチップ先端から電子ビームを引き出し、この電子
ビームをアパーチャに照射して整形し、この整形したビ
ームで描面を行う電子ビーム露光方法であって、前記電
子ビームの輝度が１×106A/Str・mm2以上となる様に前
記チップを1500℃以下の条件で加熱しながら前記アパー
チャへ前記電子ビームを照射することを特徴とする電子
ビーム露光方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2128300A JPH0719744B2 (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | 電子ビーム露光方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2128300A JPH0719744B2 (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | 電子ビーム露光方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15798379A Division JPS5682539A (en) | 1979-12-07 | 1979-12-07 | Electron gun |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03114215A JPH03114215A (ja) | 1991-05-15 |
| JPH0719744B2 true JPH0719744B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=14981385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2128300A Expired - Lifetime JPH0719744B2 (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | 電子ビーム露光方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0719744B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007053128A (ja) * | 2005-08-15 | 2007-03-01 | Nikon Corp | 電子銃及び電子線露光装置 |
| JP4959723B2 (ja) * | 2007-01-11 | 2012-06-27 | 株式会社アドバンテスト | 電子銃及び電子ビーム露光装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5682539A (en) * | 1979-12-07 | 1981-07-06 | Toshiba Corp | Electron gun |
-
1990
- 1990-05-18 JP JP2128300A patent/JPH0719744B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03114215A (ja) | 1991-05-15 |
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