JPH08139013A - 電子線描画装置及び電子線描画方法 - Google Patents
電子線描画装置及び電子線描画方法Info
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- JPH08139013A JPH08139013A JP7232157A JP23215795A JPH08139013A JP H08139013 A JPH08139013 A JP H08139013A JP 7232157 A JP7232157 A JP 7232157A JP 23215795 A JP23215795 A JP 23215795A JP H08139013 A JPH08139013 A JP H08139013A
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- Electron Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ナノ・メータ・オーダーで任意のピッチを有
するパターンを得ることができる電子線描画装置及び方
法を提供すること。 【解決手段】 電子線ホログラフィーを用いた新規なリ
ソグラフィー手段を提供するものであり、電子線１が入
射される少なくとも２枚の単結晶薄膜２ａ，２ｂと、こ
れら単結晶薄膜２ａ，２ｂを透過した透過電子線１ａ及
びこれら単結晶薄膜で回折された回折電子線１ｂとをマ
スク基板の表面等に集束させる集束手段３とを具備し、
透過電子線１ａと回折電子線１ｂとを干渉させ、これに
よって形成された、所定のピッチを有したフリンジパタ
ーンの描画を行う。
するパターンを得ることができる電子線描画装置及び方
法を提供すること。 【解決手段】 電子線ホログラフィーを用いた新規なリ
ソグラフィー手段を提供するものであり、電子線１が入
射される少なくとも２枚の単結晶薄膜２ａ，２ｂと、こ
れら単結晶薄膜２ａ，２ｂを透過した透過電子線１ａ及
びこれら単結晶薄膜で回折された回折電子線１ｂとをマ
スク基板の表面等に集束させる集束手段３とを具備し、
透過電子線１ａと回折電子線１ｂとを干渉させ、これに
よって形成された、所定のピッチを有したフリンジパタ
ーンの描画を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子線描画装置及び
電子線描画方法に関し、さらに詳しくは、電子線の波と
しての干渉効果を利用して、ナノ・メータ・オーダーの
パターンの描画を行う電子線描画装置及び電子線描画方
法に関する。
電子線描画方法に関し、さらに詳しくは、電子線の波と
しての干渉効果を利用して、ナノ・メータ・オーダーの
パターンの描画を行う電子線描画装置及び電子線描画方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、１ＧＤＲＡＭの試作の発表に見ら
れるようなＬＳＩの高集積化に伴い、要求されるデザイ
ン・ルールは、サブ・ミクロン領域からディープサブミ
クロン領域にに突入しており、１６ＧＤＲＡＭでは７０
ｎｍの設計ルールが要求されると言われている。したが
って、ＬＳＩのパターン形成のためのリソグラフィ技術
も、急速な進展をみせているものの、このようなディー
プサブミクロンからナノメータ・オーダーへの微細化の
要求に対応するためにはブレーク・スルーが必要となっ
ている。リソグラフィ技術には、フォトリソグラフィ，
Ｘ線リソグラフィ，電子線リソグラフィなどが既存の技
術として存在している。
れるようなＬＳＩの高集積化に伴い、要求されるデザイ
ン・ルールは、サブ・ミクロン領域からディープサブミ
クロン領域にに突入しており、１６ＧＤＲＡＭでは７０
ｎｍの設計ルールが要求されると言われている。したが
って、ＬＳＩのパターン形成のためのリソグラフィ技術
も、急速な進展をみせているものの、このようなディー
プサブミクロンからナノメータ・オーダーへの微細化の
要求に対応するためにはブレーク・スルーが必要となっ
ている。リソグラフィ技術には、フォトリソグラフィ，
Ｘ線リソグラフィ，電子線リソグラフィなどが既存の技
術として存在している。
【０００３】光を利用し、マスクに作製されたパターン
を投影することによって描画を行うフォトリソグラフィ
では、いわゆる縮小露光システムを用いたステッパによ
る一括転写が主流である。一般に、フォトリソグラフィ
の解像度Ｒは、 Ｒ＝βλ／ＮＡ …（１） （ここで、βはプロセスファクタ、λは露光システムの
光源の波長、そしてＮＡは使用したレンズの開口数であ
る）となる。この（１）式により、波長を短くすること
が解像度の向上につながることがわかる。しかし、現段
階においては、たとえエキシマレーザ等の短波長の光を
用いても、２００ｎｍ程度の解像度が限界である。
を投影することによって描画を行うフォトリソグラフィ
では、いわゆる縮小露光システムを用いたステッパによ
る一括転写が主流である。一般に、フォトリソグラフィ
の解像度Ｒは、 Ｒ＝βλ／ＮＡ …（１） （ここで、βはプロセスファクタ、λは露光システムの
光源の波長、そしてＮＡは使用したレンズの開口数であ
る）となる。この（１）式により、波長を短くすること
が解像度の向上につながることがわかる。しかし、現段
階においては、たとえエキシマレーザ等の短波長の光を
用いても、２００ｎｍ程度の解像度が限界である。
【０００４】また、Ｘ線を用いるＸ線リソグラフィで
は、フォトリソグラフィとは異なり、等倍露光が原則で
あるため、マスクの作製が難しい等の問題があり、１０
０ｎｍ以下の解像度は得られていない。
は、フォトリソグラフィとは異なり、等倍露光が原則で
あるため、マスクの作製が難しい等の問題があり、１０
０ｎｍ以下の解像度は得られていない。
【０００５】一方、電子線を利用する電子線リソグラフ
ィでは、電子レンズによって集束された電子線ビームを
偏向装置によって移動させることによりパターンの描画
を行っている。しかし、従来の電子線を利用する描画方
法においては、電子を粒子として扱って描画を行ってい
る。この場合、一般的にはパターンの最小線幅の１／４
以下のビーム径とすることが多く、また近接効果等の問
題などがあり、ビーム径以下の解像度、すなわち、１０
０ｎｍ以下の解像度は得られていない。さらに電子線リ
ソグラフィでは、いわゆるスループットが低いという問
題点があった。
ィでは、電子レンズによって集束された電子線ビームを
偏向装置によって移動させることによりパターンの描画
を行っている。しかし、従来の電子線を利用する描画方
法においては、電子を粒子として扱って描画を行ってい
る。この場合、一般的にはパターンの最小線幅の１／４
以下のビーム径とすることが多く、また近接効果等の問
題などがあり、ビーム径以下の解像度、すなわち、１０
０ｎｍ以下の解像度は得られていない。さらに電子線リ
ソグラフィでは、いわゆるスループットが低いという問
題点があった。
【０００６】以上のように、従来のフォトリソグラフ
ィ，Ｘ線リソグラフィ，電子リソグラフィいずれのリソ
グラフィにおいても、１００ｎｍ以下の解像度を得るこ
とが困難で、このことが、より高い集積度のデバイス作
製における大きな障害となっている。
ィ，Ｘ線リソグラフィ，電子リソグラフィいずれのリソ
グラフィにおいても、１００ｎｍ以下の解像度を得るこ
とが困難で、このことが、より高い集積度のデバイス作
製における大きな障害となっている。
【０００７】このような半導体デバイスの微細化への要
求は、集積回路だけでなく個別デバイス（ディスクリー
トデバイス）でも同様であり、テラヘルツ帯動作のトラ
ンジスタでは電子の平均自由行程よりも小さな寸法が要
求され、量子力学により設計されることとなる。このよ
うなメソスコピックスケールを有した量子・半導体デバ
イスの作製においては、一次元方向、すなわち厚み方向
の微細化はＭＢＥやＡＬＥ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ
Ｅｐｉｔａｘｙ），ＭＬＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｌ
ａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ）といった積層技術で対応で
きるが、二次元、三次元の、いわゆる量子細線（ｑｕａ
ｎｔｕｍ ｗｉｒｅ）や量子箱（ｑｕａｎｔｕｍ ｂｏ
ｘ）の製造に際してはナノ・メータ・スケール，メソス
コピックスケールの平面パターンが要求される。
求は、集積回路だけでなく個別デバイス（ディスクリー
トデバイス）でも同様であり、テラヘルツ帯動作のトラ
ンジスタでは電子の平均自由行程よりも小さな寸法が要
求され、量子力学により設計されることとなる。このよ
うなメソスコピックスケールを有した量子・半導体デバ
イスの作製においては、一次元方向、すなわち厚み方向
の微細化はＭＢＥやＡＬＥ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ
Ｅｐｉｔａｘｙ），ＭＬＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｌ
ａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ）といった積層技術で対応で
きるが、二次元、三次元の、いわゆる量子細線（ｑｕａ
ｎｔｕｍ ｗｉｒｅ）や量子箱（ｑｕａｎｔｕｍ ｂｏ
ｘ）の製造に際してはナノ・メータ・スケール，メソス
コピックスケールの平面パターンが要求される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、原子サイズ
に近い、いわゆるメソスコピックスケール、又はナノ・
メータ・オーダーの寸法を有したパターンを所望のピッ
チで得ることができる電子線描画装置及び電子線描画方
法を提供することを目的とする（請求項１〜８）。
に近い、いわゆるメソスコピックスケール、又はナノ・
メータ・オーダーの寸法を有したパターンを所望のピッ
チで得ることができる電子線描画装置及び電子線描画方
法を提供することを目的とする（請求項１〜８）。
【０００９】また、本発明は、ナノ・メータ・オーダー
のピッチを有したパターンを得ることができ、このパタ
ーンのピッチを任意に変化させることができる、ない
し、パターンの方向を任意に変化させることができる電
子線描画装置及び電子線描画方法を提供することを目的
とする（請求項３〜７）。
のピッチを有したパターンを得ることができ、このパタ
ーンのピッチを任意に変化させることができる、ない
し、パターンの方向を任意に変化させることができる電
子線描画装置及び電子線描画方法を提供することを目的
とする（請求項３〜７）。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る電子線描画装置は、電子線源より放出
された電子線が入射される少なくとも２枚の単結晶薄膜
と、これら単結晶薄膜を透過した電子線及びこれら単結
晶薄膜で回折された電子線を集束させる集束手段とを具
備し、この集束手段を通過して干渉する電子線により像
面にパターンを描画することを特徴とする（請求項
１）。
に、本発明に係る電子線描画装置は、電子線源より放出
された電子線が入射される少なくとも２枚の単結晶薄膜
と、これら単結晶薄膜を透過した電子線及びこれら単結
晶薄膜で回折された電子線を集束させる集束手段とを具
備し、この集束手段を通過して干渉する電子線により像
面にパターンを描画することを特徴とする（請求項
１）。
【００１１】また、本発明に係る電子線描画方法は、電
子線を少なくとも２枚の単結晶薄膜に入射し、これら単
結晶薄膜を透過した電子線及びこれら単結晶薄膜で回折
された電子線を集束させ、この透過および回折された電
子線が相互に干渉して発生されるパターンを描画する方
法であることを特徴とする（請求項８）。
子線を少なくとも２枚の単結晶薄膜に入射し、これら単
結晶薄膜を透過した電子線及びこれら単結晶薄膜で回折
された電子線を集束させ、この透過および回折された電
子線が相互に干渉して発生されるパターンを描画する方
法であることを特徴とする（請求項８）。
【００１２】本発明は、電子線の波としての性質を用
い、ホログラフィックな干渉効果を利用したもので、上
記構成及び方法によれば、電子線源から放出された電子
線（電子波）は、前記少なくとも２枚の単結晶薄膜を通
過すると、これら単結晶薄膜を構成する結晶の格子面に
よって散乱され、互いに干渉して、２つ以上の回折され
た電子波、すなわち回折波となる。この回折波は、集束
手段、例えば電子レンズ（請求項４）により、その後焦
点面（back focal plane）上に集束される。この集束
後、透過波および回折波である電子波は相互に干渉する
ため、規則正しい周期を有するフリンジ・パターンが形
成され、このフリンジ・パターンをそのままレジスト等
の像面に感光させることによって、微細なパターンを描
画できる。
い、ホログラフィックな干渉効果を利用したもので、上
記構成及び方法によれば、電子線源から放出された電子
線（電子波）は、前記少なくとも２枚の単結晶薄膜を通
過すると、これら単結晶薄膜を構成する結晶の格子面に
よって散乱され、互いに干渉して、２つ以上の回折され
た電子波、すなわち回折波となる。この回折波は、集束
手段、例えば電子レンズ（請求項４）により、その後焦
点面（back focal plane）上に集束される。この集束
後、透過波および回折波である電子波は相互に干渉する
ため、規則正しい周期を有するフリンジ・パターンが形
成され、このフリンジ・パターンをそのままレジスト等
の像面に感光させることによって、微細なパターンを描
画できる。
【００１３】ここで、前記単結晶薄膜と電子レンズ間の
距離をｘ、電子レンズと描画パターンを形成する像面と
の距離をｙとすると、得られるパターンの拡大率Ｍは、 Ｍ＝ｙ／ｘ …（２） で表される。そして、例えば単結晶薄膜を２枚用いた場
合、各々の単結晶薄膜の結晶格子間隔をｄ1 ，ｄ2 と
し、単結晶薄膜の相対的な回転角をθ（≠０）とする
と、出現するフリンジ・パターンのピッチ、すなわち間
隔Ｄは、
距離をｘ、電子レンズと描画パターンを形成する像面と
の距離をｙとすると、得られるパターンの拡大率Ｍは、 Ｍ＝ｙ／ｘ …（２） で表される。そして、例えば単結晶薄膜を２枚用いた場
合、各々の単結晶薄膜の結晶格子間隔をｄ1 ，ｄ2 と
し、単結晶薄膜の相対的な回転角をθ（≠０）とする
と、出現するフリンジ・パターンのピッチ、すなわち間
隔Ｄは、
【数１】 Ｄ＝Ｍｄ1 ｄ2 （ｄ1 2 ＋ｄ2 2 −２ｄ1 ｄ2 ・cos θ）-1/2…（３） となる。ここで、式（３）からわかるように、所望の間
隔Ｄを得るためには、前記各単結晶薄膜の結晶格子間隔
ｄ1 ，ｄ2 は、各単結晶薄膜を形成する物質を選択する
ことにより任意に選択でき、またパターンの拡大率およ
び単結晶薄膜相互の角度θを選ぶことにより選択でき
る。
隔Ｄを得るためには、前記各単結晶薄膜の結晶格子間隔
ｄ1 ，ｄ2 は、各単結晶薄膜を形成する物質を選択する
ことにより任意に選択でき、またパターンの拡大率およ
び単結晶薄膜相互の角度θを選ぶことにより選択でき
る。
【００１４】さらに、得られる画像をシャープなものに
するためには、前記電子レンズの焦点距離ｆが、 １／ｆ＝１／ｘ＋１／ｙ …（４） を満たすものを用いることが望ましいが、例えばｆ及び
ｘを設定した時のｙの値は、（４）式のｙの値から±
０．５％程度の違いがあってもかまわない。前記単結晶
薄膜として適当な結晶を用い、さらにｆが数ｍｍの通常
の電子レンズを用いた場合、ｙ／ｘ、すなわちＭ値が１
０程度であるとすると、Ｄ値を数ナノ・メータの値とす
ることができ、メソスコピックスケールの描画が可能と
なる。
するためには、前記電子レンズの焦点距離ｆが、 １／ｆ＝１／ｘ＋１／ｙ …（４） を満たすものを用いることが望ましいが、例えばｆ及び
ｘを設定した時のｙの値は、（４）式のｙの値から±
０．５％程度の違いがあってもかまわない。前記単結晶
薄膜として適当な結晶を用い、さらにｆが数ｍｍの通常
の電子レンズを用いた場合、ｙ／ｘ、すなわちＭ値が１
０程度であるとすると、Ｄ値を数ナノ・メータの値とす
ることができ、メソスコピックスケールの描画が可能と
なる。
【００１５】ここで、前記式（３）で表されるように、
フリンジ・パターンの間隔（ピッチ）Ｄを決定するパラ
メータには電子線の加速電圧が入っていないため、たと
え電子線の加速電圧に変動が発生した場合でも、描画位
置は不動であり、安定な描画を達成できる。
フリンジ・パターンの間隔（ピッチ）Ｄを決定するパラ
メータには電子線の加速電圧が入っていないため、たと
え電子線の加速電圧に変動が発生した場合でも、描画位
置は不動であり、安定な描画を達成できる。
【００１６】なお、電子線源としては、例えば熱電子放
出型フィラメントあるいは電界放出型フィラメント等を
用いることができる。
出型フィラメントあるいは電界放出型フィラメント等を
用いることができる。
【００１７】前記薄膜を形成する単結晶としては、前記
式（３）で得られるフリンジ・パターンの間隔Ｄを所望
の大きさに選択できるように、式（３）におけるｄ1 ，
ｄ2の適切な組合わせを実現できるものであれば、何等
特定のものに限定されるものではない。したがって、薄
膜を形成する各単結晶は、単一物質の単結晶であっても
化合物の単結晶であってもよいし、また、各々同じ物質
で作成されてもよいし各々別々の物質で作成されてもよ
い。ただ、単結晶を構成する物質の選択にあたっては、
密度の大きい物質は電子線が透過し難いことを考慮する
とよい。また、薄膜を形成する単結晶は、常温ないし常
温付近で結晶化しているものが望ましい。
式（３）で得られるフリンジ・パターンの間隔Ｄを所望
の大きさに選択できるように、式（３）におけるｄ1 ，
ｄ2の適切な組合わせを実現できるものであれば、何等
特定のものに限定されるものではない。したがって、薄
膜を形成する各単結晶は、単一物質の単結晶であっても
化合物の単結晶であってもよいし、また、各々同じ物質
で作成されてもよいし各々別々の物質で作成されてもよ
い。ただ、単結晶を構成する物質の選択にあたっては、
密度の大きい物質は電子線が透過し難いことを考慮する
とよい。また、薄膜を形成する単結晶は、常温ないし常
温付近で結晶化しているものが望ましい。
【００１８】さらに、薄膜を形成する単結晶として、な
るべくｄ1 ，ｄ2 に対応する面からの回折強度が大きく
なる物質を選択することが望ましい。例えば、薄膜をＳ
ｉ（１１０）の単結晶とした場合、ｄ1 ＝ｄ2 ＝０．３
１４ｎｍに対応する回折波が発生する。これらの回折波
は、それぞれのＳｉ結晶の（１１１）面からのもので、
大きな強度を有していることから、本発明の実施に適し
た例と言える。この場合、２枚の薄膜の回転角θを任意
に選択することで、任意の間隔Ｄのフリンジ・パターン
を描画可能となる。
るべくｄ1 ，ｄ2 に対応する面からの回折強度が大きく
なる物質を選択することが望ましい。例えば、薄膜をＳ
ｉ（１１０）の単結晶とした場合、ｄ1 ＝ｄ2 ＝０．３
１４ｎｍに対応する回折波が発生する。これらの回折波
は、それぞれのＳｉ結晶の（１１１）面からのもので、
大きな強度を有していることから、本発明の実施に適し
た例と言える。この場合、２枚の薄膜の回転角θを任意
に選択することで、任意の間隔Ｄのフリンジ・パターン
を描画可能となる。
【００１９】また、薄膜の厚さとしては、できるだけ薄
い方が電子線を透過させ易いため望ましい。例えば、１
０ｎｍ程度まで薄いものが望ましい。
い方が電子線を透過させ易いため望ましい。例えば、１
０ｎｍ程度まで薄いものが望ましい。
【００２０】また、薄膜間の間隔としては、上側の薄膜
で回折された電子線が下側の薄膜に照射されさえすれば
特に限定されないが、独立の回転機構を具備しつつも、
できるだけ互いに接近していることが望ましい。
で回折された電子線が下側の薄膜に照射されさえすれば
特に限定されないが、独立の回転機構を具備しつつも、
できるだけ互いに接近していることが望ましい。
【００２１】また、薄膜の厚さと関連して、前記電子線
源の能力が考慮されるべきである。すなわち、１０ｎｍ
程度まで薄い薄膜であれば、加速電圧１００ｋＶ程度、
上側の薄膜上での電流密度１０Ａ／ｃｍ2 程度のものを
選択できる。
源の能力が考慮されるべきである。すなわち、１０ｎｍ
程度まで薄い薄膜であれば、加速電圧１００ｋＶ程度、
上側の薄膜上での電流密度１０Ａ／ｃｍ2 程度のものを
選択できる。
【００２２】ところで、前記集束手段により集束される
電子線のうちの任意の電子線のみを通過させ、その他の
電子線の通過を阻止する選択通過手段をさらに具備する
ことが望ましい（請求項２）。
電子線のうちの任意の電子線のみを通過させ、その他の
電子線の通過を阻止する選択通過手段をさらに具備する
ことが望ましい（請求項２）。
【００２３】この前記選択通過手段を設けることによ
り、焦点面上に集束された複数の回折波の中で任意のも
のを選択できる。つまり、集束手段により焦点面上集束
された電子波は複数であって、相互に干渉し合って形成
されるフリンジ・パターンも複数となるが、前記選択通
過手段により、任意の電子線のみを通過させ、その他の
電子線の通過を阻止することにより、唯一のフリンジ・
パターンを描画できる。
り、焦点面上に集束された複数の回折波の中で任意のも
のを選択できる。つまり、集束手段により焦点面上集束
された電子波は複数であって、相互に干渉し合って形成
されるフリンジ・パターンも複数となるが、前記選択通
過手段により、任意の電子線のみを通過させ、その他の
電子線の通過を阻止することにより、唯一のフリンジ・
パターンを描画できる。
【００２４】また、前記電子線源より放出される電子線
の光軸のまわりに、前記少なくとも２枚の単結晶薄膜
を、各々独立させて、あるいは一体的に、回転させる回
転手段をさらに具備することが望ましい（請求項３）。
の光軸のまわりに、前記少なくとも２枚の単結晶薄膜
を、各々独立させて、あるいは一体的に、回転させる回
転手段をさらに具備することが望ましい（請求項３）。
【００２５】この回転手段により、パターンのピッチあ
るいは方向を任意に変化させることができる。すなわ
ち、前記少なくとも２枚の単結晶薄膜を、回転手段によ
り、前記電子線源より放出される電子線の光軸のまわり
に、各々独立に回転させることにより、像面上のパター
ンのピッチを連続的に変化させることができる。また、
２枚の単結晶薄膜を同時に、すなわち、一体的に光軸ま
わりに回転させれば、パターンのピッチは固定したまま
感光面上に出現するパターンの全体像を回転させること
ができる。
るいは方向を任意に変化させることができる。すなわ
ち、前記少なくとも２枚の単結晶薄膜を、回転手段によ
り、前記電子線源より放出される電子線の光軸のまわり
に、各々独立に回転させることにより、像面上のパター
ンのピッチを連続的に変化させることができる。また、
２枚の単結晶薄膜を同時に、すなわち、一体的に光軸ま
わりに回転させれば、パターンのピッチは固定したまま
感光面上に出現するパターンの全体像を回転させること
ができる。
【００２６】また、前記電子線源と前記集束手段との間
に設けられて、電子線源から集束手段へ向かう電子線を
偏向する第１の偏向手段、例えば偏向コイルをさらに具
備することが望ましい（請求項５）。
に設けられて、電子線源から集束手段へ向かう電子線を
偏向する第１の偏向手段、例えば偏向コイルをさらに具
備することが望ましい（請求項５）。
【００２７】この第１の偏向手段により、電子線源から
集束手段へ向かう電子線を集束手段（電子レンズ）の光
軸中心に向けて容易にシフトできる。これにより、集束
手段（電子レンズ）の収差の影響を低減でき、像面上の
パターンの画質を向上できる。
集束手段へ向かう電子線を集束手段（電子レンズ）の光
軸中心に向けて容易にシフトできる。これにより、集束
手段（電子レンズ）の収差の影響を低減でき、像面上の
パターンの画質を向上できる。
【００２８】また、前記集束手段と像面との間に設けら
れ、集束された後に干渉している電子線を像面に向けて
結像させる結像光学系部材、例えば結像レンズをさらに
具備することが望ましい（請求項６）。
れ、集束された後に干渉している電子線を像面に向けて
結像させる結像光学系部材、例えば結像レンズをさらに
具備することが望ましい（請求項６）。
【００２９】この場合、フリンジ・パターンの間隔Ｄ
は、前記式（３）に代わって、
は、前記式（３）に代わって、
【数２】 Ｄ＝Ｍ1 Ｍ2 ｄ1 ｄ2 （ｄ1 2 ＋ｄ2 2 −２ｄ1 ｄ2 ・cos θ）-1/2…（５） （ここで、Ｍ1 は電子レンズ（集束手段）の倍率、Ｍ2
は結像レンズ（結像光学系部材）の倍率である）とな
る。
は結像レンズ（結像光学系部材）の倍率である）とな
る。
【００３０】この式で表されるように、結像光学系部材
の倍率を変えることにより、像面上のパターンの倍率、
すなわち、フリンジ・パターンの間隔（ピッチ）Ｄを任
意に変えることができ、ピッチＤの選択の自由度が増す
こととなる。
の倍率を変えることにより、像面上のパターンの倍率、
すなわち、フリンジ・パターンの間隔（ピッチ）Ｄを任
意に変えることができ、ピッチＤの選択の自由度が増す
こととなる。
【００３１】また、前記集束手段と像面との間に設けら
れ、集束手段から像面へ向かう電子線を偏向する第２の
偏向手段、好ましくは偏向コイルをさらに具備すること
が望ましい（請求項７）。
れ、集束手段から像面へ向かう電子線を偏向する第２の
偏向手段、好ましくは偏向コイルをさらに具備すること
が望ましい（請求項７）。
【００３２】この第２の偏向手段により、集束手段から
像面へ向かう電子線を偏向して、像面上のパターンの位
置を一括して任意に変えることができる。
像面へ向かう電子線を偏向して、像面上のパターンの位
置を一括して任意に変えることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いながら説明する。まず、第１の実施形態に
ついて、図１を用いながら説明する。図１に示すよう
に、この形態に係る電子線描画装置は、電子線源（図示
せず）と、２枚の単結晶の薄膜２ａ，２ｂと、電子レン
ズ３と、絞り４とを備えている。ここで、電子レンズ３
は、電子線を集束させる集束手段として用いられてい
る。また、絞り４は、電子レンズ３により集束される電
子線のうちの任意の電子線のみを通過させ、その他の電
子線の通過を阻止する選択通過手段として用いられてい
る。また図１に示すように、ＰＭＭＡ等の電子線レジス
トを塗布したレチクル等の試料（像面）５が図示を省略
した試料台の上に置かれている。直接描画の場合はレジ
ストを塗布したＳｉウェハやＧａＡｓウェハを試料５と
して用いればよい。
て図面を用いながら説明する。まず、第１の実施形態に
ついて、図１を用いながら説明する。図１に示すよう
に、この形態に係る電子線描画装置は、電子線源（図示
せず）と、２枚の単結晶の薄膜２ａ，２ｂと、電子レン
ズ３と、絞り４とを備えている。ここで、電子レンズ３
は、電子線を集束させる集束手段として用いられてい
る。また、絞り４は、電子レンズ３により集束される電
子線のうちの任意の電子線のみを通過させ、その他の電
子線の通過を阻止する選択通過手段として用いられてい
る。また図１に示すように、ＰＭＭＡ等の電子線レジス
トを塗布したレチクル等の試料（像面）５が図示を省略
した試料台の上に置かれている。直接描画の場合はレジ
ストを塗布したＳｉウェハやＧａＡｓウェハを試料５と
して用いればよい。
【００３４】また、後述するすように、前記電子線源よ
り放出される電子線の光軸７のまわりに、前記薄膜２
ａ，２ｂを各々独立させてあるいは一体的に回転させる
回転機構が備えられている。
り放出される電子線の光軸７のまわりに、前記薄膜２
ａ，２ｂを各々独立させてあるいは一体的に回転させる
回転機構が備えられている。
【００３５】ところで、電子線描画装置は、電子線源
（電子銃）のクロスオーバを電子光学系で結像投影して
得るガウス分布形ビーム方式と、矩形，円形等のアパー
チャ（整形窓）像を電子光学系で縮小投影して得る整形
ビーム方式とに分類される。この整形ビーム方式はさら
に、１個の整形窓（アパーチャ）を用いる固定整形ビー
ム方式と、２個の整形窓（アパーチャ）を用い、第１の
アパーチャ像の第２のアパーチャ像への投影位置を電子
ビームの偏向で制御してビーム寸法を可変にする可変整
形ビーム方式とに分類される。図１に示したこの実施形
態においては、固定整形ビーム方式を採用し、円形の整
形窓（アパーチャ）１０２を電子線源と薄膜２ａとの間
に設けている。しかしながら、可変整形ビーム方式等他
の方式であっても本発明は実施可能であることは言うま
でもない。さらに、固定整形ビーム方式を採用する場合
であっても、図１に示したように円形の整形窓１０２に
限定されず、方形やそれ以外の様々な形の整形窓を用い
ることができる。
（電子銃）のクロスオーバを電子光学系で結像投影して
得るガウス分布形ビーム方式と、矩形，円形等のアパー
チャ（整形窓）像を電子光学系で縮小投影して得る整形
ビーム方式とに分類される。この整形ビーム方式はさら
に、１個の整形窓（アパーチャ）を用いる固定整形ビー
ム方式と、２個の整形窓（アパーチャ）を用い、第１の
アパーチャ像の第２のアパーチャ像への投影位置を電子
ビームの偏向で制御してビーム寸法を可変にする可変整
形ビーム方式とに分類される。図１に示したこの実施形
態においては、固定整形ビーム方式を採用し、円形の整
形窓（アパーチャ）１０２を電子線源と薄膜２ａとの間
に設けている。しかしながら、可変整形ビーム方式等他
の方式であっても本発明は実施可能であることは言うま
でもない。さらに、固定整形ビーム方式を採用する場合
であっても、図１に示したように円形の整形窓１０２に
限定されず、方形やそれ以外の様々な形の整形窓を用い
ることができる。
【００３６】前記電子線源としては、単結晶ランタンヘ
キサボライド（ＬａＢ6 ）等の熱電子放出型フィラメン
トが用いられている。なお、高解像度低感度の電子線レ
ジストを用いる場合は、電界放射形電子銃を用いること
も有効である。
キサボライド（ＬａＢ6 ）等の熱電子放出型フィラメン
トが用いられている。なお、高解像度低感度の電子線レ
ジストを用いる場合は、電界放射形電子銃を用いること
も有効である。
【００３７】また、本実施形態においては、前記薄膜２
ａ，２ｂを形成する単結晶として、フリンジ・パターン
６（後述）の間隔Ｄをナノ・メータ・オーダーに選択で
きるような単結晶、すなわち式（３）におけるｄ1 ，ｄ
2 （各々の薄膜２ａ，２ｂの面間隔（結晶格子間隔））
の適切な組合わせを実現できる単結晶であり、また、ｄ
1 ，ｄ2 に対応する面からの回折強度が大きくなる単結
晶であるＳｉ（１１０）の単結晶を選択している。この
Ｓｉ（１１０）の単結晶により、Ｓｉ（１１１）面の結
晶格子面間隔のｄ1 ＝ｄ2 ＝０．３１４ｎｍに対応する
回折波が発生する。これらＳｉ（１１１）面からの回折
波は大きな強度を有する。
ａ，２ｂを形成する単結晶として、フリンジ・パターン
６（後述）の間隔Ｄをナノ・メータ・オーダーに選択で
きるような単結晶、すなわち式（３）におけるｄ1 ，ｄ
2 （各々の薄膜２ａ，２ｂの面間隔（結晶格子間隔））
の適切な組合わせを実現できる単結晶であり、また、ｄ
1 ，ｄ2 に対応する面からの回折強度が大きくなる単結
晶であるＳｉ（１１０）の単結晶を選択している。この
Ｓｉ（１１０）の単結晶により、Ｓｉ（１１１）面の結
晶格子面間隔のｄ1 ＝ｄ2 ＝０．３１４ｎｍに対応する
回折波が発生する。これらＳｉ（１１１）面からの回折
波は大きな強度を有する。
【００３８】しかしながら、薄膜２ａ，２ｂを形成する
各単結晶としてはＳｉに限定されるものではなく、Ｇｅ
等の単一元素の単結晶であってもＧａＡｓ等の化合物の
単結晶であってもよいし、また、薄膜２ａ，２ｂが各々
同じ物質で作成されてもよいし各々別々の物質で作成さ
れてもよい。ただ、単結晶を構成する物質の選択にあた
っては、密度の大きい物質は電子線が透過し難いことを
考慮するとよい。また、薄膜を形成する単結晶は、常温
ないし常温付近で結晶化しており、結晶欠陥等の存在し
ない結晶の完全性の高いものが望ましい。
各単結晶としてはＳｉに限定されるものではなく、Ｇｅ
等の単一元素の単結晶であってもＧａＡｓ等の化合物の
単結晶であってもよいし、また、薄膜２ａ，２ｂが各々
同じ物質で作成されてもよいし各々別々の物質で作成さ
れてもよい。ただ、単結晶を構成する物質の選択にあた
っては、密度の大きい物質は電子線が透過し難いことを
考慮するとよい。また、薄膜を形成する単結晶は、常温
ないし常温付近で結晶化しており、結晶欠陥等の存在し
ない結晶の完全性の高いものが望ましい。
【００３９】ただ、後述するように薄膜の厚さを１０ｎ
ｍ程度にした場合の機械的強度、あるいはベアリング球
２０１を配置するためのベアリング溝の加工の容易性等
を考えると、現状ではＳｉ単結晶が好ましいと考えられ
る。
ｍ程度にした場合の機械的強度、あるいはベアリング球
２０１を配置するためのベアリング溝の加工の容易性等
を考えると、現状ではＳｉ単結晶が好ましいと考えられ
る。
【００４０】薄膜２ａ，２ｂの厚さは、できるだけ薄い
方が電子線を透過させ易いため好ましい。したがって本
実施形態においては、図３に示すように電子線の通過す
る中央部のみをエッチングにより薄くして１０ｎｍ程度
に加工した厚さ３００〜６００μｍの薄膜２ａ，２ｂを
用いている。周辺部分は機械的強度を保つため厚くして
おり、本形態では４５０μｍである。そして、この薄膜
２ａ，２ｂの厚さと関連して、電子線源として、加速電
圧１００ｋＶ程度、薄膜２ａ上での電流密度１０Ａ／ｃ
ｍ2 程度のものが選択されている。
方が電子線を透過させ易いため好ましい。したがって本
実施形態においては、図３に示すように電子線の通過す
る中央部のみをエッチングにより薄くして１０ｎｍ程度
に加工した厚さ３００〜６００μｍの薄膜２ａ，２ｂを
用いている。周辺部分は機械的強度を保つため厚くして
おり、本形態では４５０μｍである。そして、この薄膜
２ａ，２ｂの厚さと関連して、電子線源として、加速電
圧１００ｋＶ程度、薄膜２ａ上での電流密度１０Ａ／ｃ
ｍ2 程度のものが選択されている。
【００４１】また、薄膜２ａ，２ｂ間の間隔はできるだ
け互いに接近させ、薄膜２ａ，２ｂの相対的な回転角θ
をθ＝６０°となるように配置させてある。
け互いに接近させ、薄膜２ａ，２ｂの相対的な回転角θ
をθ＝６０°となるように配置させてある。
【００４２】電子レンズ３は、薄膜２ｂとの間隔ｘ＝２
ｍｍとなるように配置されているとともに、試料５の表
面の電子線レジストの感光面（像面）と電子レンズ３と
の間隔ｙ＝２０ｍｍとなるように配置されている。すな
わち、式（２）により最終的に得られるパターンの拡大
率Ｍを１０程度に選択している。この場合式（３）によ
り電子レンズの焦点距離ｆ＝２０／１１ｍｍとなる。
ｍｍとなるように配置されているとともに、試料５の表
面の電子線レジストの感光面（像面）と電子レンズ３と
の間隔ｙ＝２０ｍｍとなるように配置されている。すな
わち、式（２）により最終的に得られるパターンの拡大
率Ｍを１０程度に選択している。この場合式（３）によ
り電子レンズの焦点距離ｆ＝２０／１１ｍｍとなる。
【００４３】次に、図２及び図３に示すように、中央部
を薄くした薄膜２ａ，２ｂ各々は、周辺の厚い部分に円
形に掘られたベアリング溝を有している。そして、この
ベアリング溝に直径２．５ｍｍφのステンレス製球２０
１が組み込まれ、２ｍｍの距離で、互いに回転できるよ
うになっている。薄膜２ａ，２ｂは周辺にギアが掘られ
た図４に示すようなターンテーブル２３２，２３３にそ
れぞれ保持され、電子線描画装置の鏡筒となる真空槽の
外壁２０１に取り付けられた回転導入機構２５１，２５
２を介して鏡筒の外部より、このターンテーブルを回転
させることができるようになっている。図４に示すよう
に薄膜２ａ，２ｂ用の回転導入機構２５１，２５２をそ
れぞれ独立に設けることにより、電子線源より放出され
る電子線の光軸７のまわりに、２枚の薄膜２ａ，２ｂ
を、各々独立させて、あるいは一体的に回転させること
ができる。
を薄くした薄膜２ａ，２ｂ各々は、周辺の厚い部分に円
形に掘られたベアリング溝を有している。そして、この
ベアリング溝に直径２．５ｍｍφのステンレス製球２０
１が組み込まれ、２ｍｍの距離で、互いに回転できるよ
うになっている。薄膜２ａ，２ｂは周辺にギアが掘られ
た図４に示すようなターンテーブル２３２，２３３にそ
れぞれ保持され、電子線描画装置の鏡筒となる真空槽の
外壁２０１に取り付けられた回転導入機構２５１，２５
２を介して鏡筒の外部より、このターンテーブルを回転
させることができるようになっている。図４に示すよう
に薄膜２ａ，２ｂ用の回転導入機構２５１，２５２をそ
れぞれ独立に設けることにより、電子線源より放出され
る電子線の光軸７のまわりに、２枚の薄膜２ａ，２ｂ
を、各々独立させて、あるいは一体的に回転させること
ができる。
【００４４】なお、薄膜２ａ，２ｂ間の間隔としては、
図３では２ｍｍの場合を示したが、上側の薄膜２ａで回
折された電子線が下側の薄膜２ｂに照射されさえすれば
よく、図３に示した２ｍｍ等の値に特に限定されない。
つまり、独立の回転ができる機構のためのスペースが確
保できれば、２ｍｍよりも小さな間隔で、できるだけ互
いに接近していることが望ましい。
図３では２ｍｍの場合を示したが、上側の薄膜２ａで回
折された電子線が下側の薄膜２ｂに照射されさえすれば
よく、図３に示した２ｍｍ等の値に特に限定されない。
つまり、独立の回転ができる機構のためのスペースが確
保できれば、２ｍｍよりも小さな間隔で、できるだけ互
いに接近していることが望ましい。
【００４５】上記構成による動作を具体的に説明する。
電子線源から放出された電子線（電子ビーム）１０１
を、整形窓１０２を介して円形の電子線１に整形し、こ
の円形の電子線１をθ＝６０°となるように配置された
２枚のシリコン単結晶の薄膜２ａ，２ｂに入射させる
（ｄ1 ＝ｄ2 ＝０．３１４ｎｍ）。電子線１は、薄膜２
ａ，２ｂを通過すると、透過した電子波（電子線）１ａ
と、薄膜２ａで回折された後にさらに薄膜２ｂで回折さ
れた電子波（電子線）１ｂとに分かれる。これら電子波
１ａ，１ｂは、電子レンズ３によって、電子レンズ３の
後焦点面に集束される。図１では絞り４の位置が後焦点
面に対応する。この後焦点面は、従来の電子線描画装置
の電子線レジストの感光面に相当する。本発明において
は試料５の表面の感光面は従来の電子線描画装置の感光
面の位置よりも下げて配置されていることになる。その
後、電子波１ａ，１ｂは、相互に干渉されながら進行
し、感光面（像面）５上に入射して、図１に示したよう
に円形領域の内部に３．１４ｎｍピッチのフリンジ・パ
ターン６を形成する。
電子線源から放出された電子線（電子ビーム）１０１
を、整形窓１０２を介して円形の電子線１に整形し、こ
の円形の電子線１をθ＝６０°となるように配置された
２枚のシリコン単結晶の薄膜２ａ，２ｂに入射させる
（ｄ1 ＝ｄ2 ＝０．３１４ｎｍ）。電子線１は、薄膜２
ａ，２ｂを通過すると、透過した電子波（電子線）１ａ
と、薄膜２ａで回折された後にさらに薄膜２ｂで回折さ
れた電子波（電子線）１ｂとに分かれる。これら電子波
１ａ，１ｂは、電子レンズ３によって、電子レンズ３の
後焦点面に集束される。図１では絞り４の位置が後焦点
面に対応する。この後焦点面は、従来の電子線描画装置
の電子線レジストの感光面に相当する。本発明において
は試料５の表面の感光面は従来の電子線描画装置の感光
面の位置よりも下げて配置されていることになる。その
後、電子波１ａ，１ｂは、相互に干渉されながら進行
し、感光面（像面）５上に入射して、図１に示したよう
に円形領域の内部に３．１４ｎｍピッチのフリンジ・パ
ターン６を形成する。
【００４６】すなわち、前述したように、本実施形態で
はＳｉ（１１１）面の面間隔ｄ＝ｄ1 ＝ｄ2 ＝０．３１
４ｎｍを用いているので、拡大率Ｍ＝１０の場合、θ＝
６０°では式（３）からフリンジ・パターンのピッチＤ
はＤ＝３．１４ｎｍとなる。このフリンジ・パターンの
線幅（ライン）Ｌと、線と線との間隔（スペース）Ｓと
の割合は電子線レジストの感度と電子線の照射電荷密度
とによって決まり、ＰＭＭＡ等のポジ形レジストでは電
子線レジストの感度が照射電荷密度に比し、相対的に高
くなれば、線幅Ｌはより細くなる。
はＳｉ（１１１）面の面間隔ｄ＝ｄ1 ＝ｄ2 ＝０．３１
４ｎｍを用いているので、拡大率Ｍ＝１０の場合、θ＝
６０°では式（３）からフリンジ・パターンのピッチＤ
はＤ＝３．１４ｎｍとなる。このフリンジ・パターンの
線幅（ライン）Ｌと、線と線との間隔（スペース）Ｓと
の割合は電子線レジストの感度と電子線の照射電荷密度
とによって決まり、ＰＭＭＡ等のポジ形レジストでは電
子線レジストの感度が照射電荷密度に比し、相対的に高
くなれば、線幅Ｌはより細くなる。
【００４７】すなわち、試料５の感光面上に出現するフ
リンジ・パターンの間隔Ｄは、前記式（３）で表されよ
うに、拡大率Ｍを決定する電子レンズ３の焦点距離と、
各々の薄膜２ａ，２ｂの結晶格子の面間隔ｄ1 ，ｄ
2 （すなわち、薄膜２ａ，２ｂを形成する結晶材料）
と、これら薄膜２ａ，２ｂ配向の相対的な回転角θと
を、適当に選択することにより、数ナノ・メータ、すな
わち、ナノ・メータ・オーダーで任意のピッチＤを有す
るパターンの描画を行うことができる。
リンジ・パターンの間隔Ｄは、前記式（３）で表されよ
うに、拡大率Ｍを決定する電子レンズ３の焦点距離と、
各々の薄膜２ａ，２ｂの結晶格子の面間隔ｄ1 ，ｄ
2 （すなわち、薄膜２ａ，２ｂを形成する結晶材料）
と、これら薄膜２ａ，２ｂ配向の相対的な回転角θと
を、適当に選択することにより、数ナノ・メータ、すな
わち、ナノ・メータ・オーダーで任意のピッチＤを有す
るパターンの描画を行うことができる。
【００４８】また、前記電子レンズ３と感光面５との間
に設けた絞り４は、電子レンズ３により集束された複数
の電子波のなかで、任意のものを選択するためのもので
ある。すなわち、Ｓｉの薄膜２ａ，２ｂにより回折され
る電子波は所望の（１１１）面によるもの以外に（２２
０）面等他の結晶格子面による回折波も含まれているた
め、電子レンズ３の後焦点面に集束されてから感光面５
に至る間に干渉するなかで、複数の方向に沿ったフリン
ジ・パターンが発生する可能性がある。したがって、直
径数μｍ〜１０μｍの穴の開いた絞り４により、前記電
子レンズ３により集束される回折波のうちの所望の回折
波のみが通過され、それ以外の回折波の通過が阻止され
るようにすることにより、感光面５に、一方向のみに沿
ったフリンジ・パターン６を得ることができる。
に設けた絞り４は、電子レンズ３により集束された複数
の電子波のなかで、任意のものを選択するためのもので
ある。すなわち、Ｓｉの薄膜２ａ，２ｂにより回折され
る電子波は所望の（１１１）面によるもの以外に（２２
０）面等他の結晶格子面による回折波も含まれているた
め、電子レンズ３の後焦点面に集束されてから感光面５
に至る間に干渉するなかで、複数の方向に沿ったフリン
ジ・パターンが発生する可能性がある。したがって、直
径数μｍ〜１０μｍの穴の開いた絞り４により、前記電
子レンズ３により集束される回折波のうちの所望の回折
波のみが通過され、それ以外の回折波の通過が阻止され
るようにすることにより、感光面５に、一方向のみに沿
ったフリンジ・パターン６を得ることができる。
【００４９】以上のようにして得られるフリンジ・パタ
ーン６をそのまま試料５の表面の電子線レジストに照射
し、電子線レジスト５を感光させることで、フリンジ・
パターン６の描画が達成される。
ーン６をそのまま試料５の表面の電子線レジストに照射
し、電子線レジスト５を感光させることで、フリンジ・
パターン６の描画が達成される。
【００５０】ここで、回転機構により薄膜２ａ，２ｂを
各々独立に光軸７まわりに回転させることで感光面５上
のパターンのピッチを連続的に変化させることができ
る。また、回転機構により２枚の薄膜２ａ，２ｂを同時
に、すなわち、一体的に光軸７まわりに回転させれば、
パターンのピッチは固定したまま感光面５上に出現する
フリンジ・パターン６の全体像を回転させることができ
る。すなわち、上述のごとく、薄膜２ａ，２ｂを各々独
立にあるいは一体的に回転させることによって、電子線
レジストが塗布された試料５上に、任意のピッチを有し
たフリンジ・パターンを任意の方向に描画可能となる。
これにより、電子線描画のスループットを大幅に向上で
きる。
各々独立に光軸７まわりに回転させることで感光面５上
のパターンのピッチを連続的に変化させることができ
る。また、回転機構により２枚の薄膜２ａ，２ｂを同時
に、すなわち、一体的に光軸７まわりに回転させれば、
パターンのピッチは固定したまま感光面５上に出現する
フリンジ・パターン６の全体像を回転させることができ
る。すなわち、上述のごとく、薄膜２ａ，２ｂを各々独
立にあるいは一体的に回転させることによって、電子線
レジストが塗布された試料５上に、任意のピッチを有し
たフリンジ・パターンを任意の方向に描画可能となる。
これにより、電子線描画のスループットを大幅に向上で
きる。
【００５１】したがって、本実施形態に係る電子線描画
装置ないし方法をＬＳＩ等の半導体装置のパターン形成
のためのリソグラフィ技術に適用すれば、従来技術では
不可能であった０．１μｍ以下の寸法を有する１６ＧＤ
ＲＡＭ，６４ＧＤＲＡＭ等のギガビットスケール集積回
路（ＧＳＩ）の製造が可能となる。また、三次元超格子
・量子デバイス等の個別（ディスクリート）デバイス、
あるいはテラヘルツ帯通信素子等種々のメソスコピック
スケールデバイスの作製が可能となる。
装置ないし方法をＬＳＩ等の半導体装置のパターン形成
のためのリソグラフィ技術に適用すれば、従来技術では
不可能であった０．１μｍ以下の寸法を有する１６ＧＤ
ＲＡＭ，６４ＧＤＲＡＭ等のギガビットスケール集積回
路（ＧＳＩ）の製造が可能となる。また、三次元超格子
・量子デバイス等の個別（ディスクリート）デバイス、
あるいはテラヘルツ帯通信素子等種々のメソスコピック
スケールデバイスの作製が可能となる。
【００５２】従来の二次元超格子デバイス等の量子細線
の製造においては厚み方向には、ＭＬＥ法等を用いて分
子層オーダーの寸法を有した多層構造を形成する技術が
確立されつつある。しかし、平面パターンに対しては、
異方性エッチングを利用してＶ溝形状の微細なストライ
プを形成し、これを用いてナノ・メータ・パターンを得
るような複雑な工程が行われていた。しかし、本発明に
よれば直接的にメソスコピック・スケールの平面ストラ
イプパターンが得られ、量子細線の製造も容易となる。
の製造においては厚み方向には、ＭＬＥ法等を用いて分
子層オーダーの寸法を有した多層構造を形成する技術が
確立されつつある。しかし、平面パターンに対しては、
異方性エッチングを利用してＶ溝形状の微細なストライ
プを形成し、これを用いてナノ・メータ・パターンを得
るような複雑な工程が行われていた。しかし、本発明に
よれば直接的にメソスコピック・スケールの平面ストラ
イプパターンが得られ、量子細線の製造も容易となる。
【００５３】さらに、回転機構による薄膜２ａ，２ｂの
回転により、フリンジ・パターン６を回転できるので、
直交（９０°）方向に２回露光すれば矩形パターンも形
成できる。１回目の露光と２回目の露光の電子線の強度
を変えれば、長方形パターンも形成できる。なお、この
ような直交方向の２回露光の場合、酸化膜の上に電子線
レジストを塗布して、最初の露光でこのレジストにスト
ライプパターンを形成し、レジストマスクで酸化膜をエ
ッチングし、まず所定の方向のナノ・メータ・ストライ
プパターンを形成する。次に、このレジストを除去後、
さらに他の電子線レジストを、ストライプパターンとな
った酸化膜上に形成し、２回目の露光を行ってもよい。
このようにすれば、三次元超格子デバイス等の量子箱が
容易に製造できる。
回転により、フリンジ・パターン６を回転できるので、
直交（９０°）方向に２回露光すれば矩形パターンも形
成できる。１回目の露光と２回目の露光の電子線の強度
を変えれば、長方形パターンも形成できる。なお、この
ような直交方向の２回露光の場合、酸化膜の上に電子線
レジストを塗布して、最初の露光でこのレジストにスト
ライプパターンを形成し、レジストマスクで酸化膜をエ
ッチングし、まず所定の方向のナノ・メータ・ストライ
プパターンを形成する。次に、このレジストを除去後、
さらに他の電子線レジストを、ストライプパターンとな
った酸化膜上に形成し、２回目の露光を行ってもよい。
このようにすれば、三次元超格子デバイス等の量子箱が
容易に製造できる。
【００５４】また、前記式（３）で表されるように、フ
リンジ・パターンの間隔（ピッチ）Ｄを決定するパラメ
ータには電子線の加速電圧が入っていないため、たとえ
電子線の加速電圧に変動が発生した場合でも、描画位置
は不動であり、安定な描画を達成できる。
リンジ・パターンの間隔（ピッチ）Ｄを決定するパラメ
ータには電子線の加速電圧が入っていないため、たとえ
電子線の加速電圧に変動が発生した場合でも、描画位置
は不動であり、安定な描画を達成できる。
【００５５】なお、上記形態では、単結晶の薄膜を２枚
用いた場合について述べたが、単結晶の薄膜の数は２枚
に限定されず、３枚以上でも用いることができる。
用いた場合について述べたが、単結晶の薄膜の数は２枚
に限定されず、３枚以上でも用いることができる。
【００５６】次に、第２の実施形態について、図５を用
いながら説明する。この第２の実施形態においては、第
１の実施形態に用いたものと同等の要素，部材を同じ符
号で示し、説明を省略する。
いながら説明する。この第２の実施形態においては、第
１の実施形態に用いたものと同等の要素，部材を同じ符
号で示し、説明を省略する。
【００５７】この形態においては、電子線源と電子レン
ズ３との間、特に、電子線源（電子銃）と２枚の薄膜２
との間に、電子線源から電子レンズ３へ向かう電子線を
偏向する偏向コイル１１（第１の偏向手段）が設けられ
ている。
ズ３との間、特に、電子線源（電子銃）と２枚の薄膜２
との間に、電子線源から電子レンズ３へ向かう電子線を
偏向する偏向コイル１１（第１の偏向手段）が設けられ
ている。
【００５８】この偏向コイル１１としては、電子線の光
軸７を中心としてその周囲に２本，４本，あるいは８
本、互いに対向させて設けることができる。
軸７を中心としてその周囲に２本，４本，あるいは８
本、互いに対向させて設けることができる。
【００５９】この偏向コイル１１により、電子線源から
電子レンズ３へ向かう電子線を電子レンズ３の光軸中心
に向けて容易にシフトできる。電子レンズにおいては、
電子波の収束作用があるが、その際、レンズの外側を通
った電子波はレンズ自身の持つ収差の悪影響を強く受け
る。これを低減させるためにはなるべくレンズの中心に
近い部分を用いることが望ましい。これにより、電子レ
ンズ３の収差の影響を低減でき、感光面５上のフリンジ
・パターン６の画質を向上できる。
電子レンズ３へ向かう電子線を電子レンズ３の光軸中心
に向けて容易にシフトできる。電子レンズにおいては、
電子波の収束作用があるが、その際、レンズの外側を通
った電子波はレンズ自身の持つ収差の悪影響を強く受け
る。これを低減させるためにはなるべくレンズの中心に
近い部分を用いることが望ましい。これにより、電子レ
ンズ３の収差の影響を低減でき、感光面５上のフリンジ
・パターン６の画質を向上できる。
【００６０】また、電子レンズ３と感光面５との間、特
に、絞り４と感光面５との間に、電子レンズ３により集
束された後に干渉している電子線を感光面５に向けて結
像させる結像レンズ１２が設けられている。
に、絞り４と感光面５との間に、電子レンズ３により集
束された後に干渉している電子線を感光面５に向けて結
像させる結像レンズ１２が設けられている。
【００６１】具体的には前記収束手段と同様に電子レン
ズを使用しこの結像レンズ１２の倍率を変えることによ
り、式（５）に基づいて、感光面５におけるフリンジ・
パターン６の間隔Ｄを任意に変えることができる。
ズを使用しこの結像レンズ１２の倍率を変えることによ
り、式（５）に基づいて、感光面５におけるフリンジ・
パターン６の間隔Ｄを任意に変えることができる。
【００６２】また、電子レンズ３と感光面５との間、特
に、前記結像レンズ１２と感光面５との間に、電子レン
ズ３から感光面５へ向かう電子線を偏向する偏向コイル
１３（第２の偏向手段）が設けられている。この偏向コ
イル１３も、偏向コイル１１と同様にして電子線の周囲
に配置される。
に、前記結像レンズ１２と感光面５との間に、電子レン
ズ３から感光面５へ向かう電子線を偏向する偏向コイル
１３（第２の偏向手段）が設けられている。この偏向コ
イル１３も、偏向コイル１１と同様にして電子線の周囲
に配置される。
【００６３】この偏向コイル１３により、感光面５にお
けるフリンジ・パターン６の位置を一括して任意に変え
ることができる。これにより、スループットを一層向上
できる。
けるフリンジ・パターン６の位置を一括して任意に変え
ることができる。これにより、スループットを一層向上
できる。
【００６４】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る電
子線描画装置及び方法によれば、電子線を波動としてと
らえ、その干渉効果をホログラフィックに利用してお
り、電子線源から放出された電子線を少なくとも２枚の
単結晶薄膜を通過させて２つ以上の回折された電子波を
作り、この電子波を集束手段により集束させ、相互に干
渉させてパターンの描画を行うなかで、単結晶薄膜の面
間隔ないし回転角、また拡大率等を適当に選択すること
で、ナノ・メータ・オーダーで任意のピッチを有するパ
ターンを得ることができる。
子線描画装置及び方法によれば、電子線を波動としてと
らえ、その干渉効果をホログラフィックに利用してお
り、電子線源から放出された電子線を少なくとも２枚の
単結晶薄膜を通過させて２つ以上の回折された電子波を
作り、この電子波を集束手段により集束させ、相互に干
渉させてパターンの描画を行うなかで、単結晶薄膜の面
間隔ないし回転角、また拡大率等を適当に選択すること
で、ナノ・メータ・オーダーで任意のピッチを有するパ
ターンを得ることができる。
【００６５】さらに、電子線源より放出される電子線の
光軸のまわりに、前記少なくとも２枚の単結晶薄膜を各
々独立に回転させることで、パターンのピッチを連続的
に任意に変化させることができ、また、２枚の単結晶薄
膜を一体的に光軸まわりに回転させることで、パターン
の全体像を回転させて任意の方向に描画できる。
光軸のまわりに、前記少なくとも２枚の単結晶薄膜を各
々独立に回転させることで、パターンのピッチを連続的
に任意に変化させることができ、また、２枚の単結晶薄
膜を一体的に光軸まわりに回転させることで、パターン
の全体像を回転させて任意の方向に描画できる。
【００６６】また、集束手段と像面との間に、電子線を
像面に向けて結像させる結像光学系部材を設けることに
よっても、パターンのピッチを任意に変えることができ
る。
像面に向けて結像させる結像光学系部材を設けることに
よっても、パターンのピッチを任意に変えることができ
る。
【００６７】また、集束手段と像面との間に、集束手段
から像面へ向かう電子線を偏向する第２の偏向手段を設
けることによっても、パターンの方向を任意に変化させ
ることができる。
から像面へ向かう電子線を偏向する第２の偏向手段を設
けることによっても、パターンの方向を任意に変化させ
ることができる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電子線描画装置
の構成の概略を示す模式図である。
の構成の概略を示す模式図である。
【図２】２枚の単結晶薄膜の具体的な構造を示す部分切
欠模式斜視図である。
欠模式斜視図である。
【図３】２枚の単結晶薄膜の具体的な構造を示す模式断
面説明図である。
面説明図である。
【図４】２枚の単結晶薄膜を各々独立に、あるいは一体
的に電子線の中心軸のまわりで回転させる回転機構を説
明するための図である。
的に電子線の中心軸のまわりで回転させる回転機構を説
明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る電子線描画装置
の構成の概略図である。
の構成の概略図である。
１ 電子線（電子ビーム） ２ａ，２ｂ 薄膜 ３ 電子レンズ ４ 絞り ５ 試料（像面） ６ フリンジ・パターン １１，１３ 偏向コイル １２ 結像レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土井 清三 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 東川 巌 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内
Claims (8)
- 【請求項１】 電子線源より放出された電子線が入射さ
れる少なくとも２枚の単結晶薄膜と、これら単結晶薄膜
を透過した電子線及びこれら単結晶薄膜で回折された電
子線を集束させる集束手段とを具備し、この集束手段を
通過して干渉する電子線により像面にパターンを描画す
ることを特徴とする電子線描画装置。 - 【請求項２】 前記集束手段により集束される電子線の
うちの任意の電子線のみを通過させ、その他の電子線の
通過を阻止する選択通過手段をさらに具備することを特
徴とする請求項１に記載の電子線描画装置。 - 【請求項３】 パターンのピッチあるいは方向を変化さ
せるために、前記電子線源より放出される電子線の光軸
のまわりに、前記少なくとも２枚の単結晶薄膜を、各々
独立させて、あるいは一体的に、回転させる回転手段を
さらに具備することを特徴とする請求項１または２に記
載の電子線描画装置。 - 【請求項４】 前記集束手段は、電子レンズであること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の
電子線描画装置。 - 【請求項５】 前記電子線源と前記集束手段との間に設
けられ、電子線源から集束手段へ向かう電子線を偏向す
る第１の偏向手段をさらに具備することを特徴とする請
求項１ないし４のいずれか一つに記載の電子線描画装
置。 - 【請求項６】 前記集束手段と像面との間に設けられ、
集束された後に干渉している電子線を像面に向けて結像
させる結像光学系部材をさらに具備することを特徴とす
る請求項１ないし５のいずれか一つに記載の電子線描画
装置。 - 【請求項７】 前記集束手段と像面との間に設けられ、
集束手段から像面へ向かう電子線を偏向する第２の偏向
手段をさらに具備することを特徴とする請求項１ないし
６のいずれか一つに記載の電子線描画装置。 - 【請求項８】 電子線を少なくとも２枚の単結晶薄膜に
入射し、これら単結晶薄膜を透過した電子線及びこれら
単結晶薄膜で回折された電子線を集束させ、この透過お
よび回折された電子線が相互に干渉して発生されるパタ
ーンを描画することを特徴とする電子線描画方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23215795A JP3378413B2 (ja) | 1994-09-16 | 1995-09-11 | 電子線描画装置及び電子線描画方法 |
| US08/528,409 US5767521A (en) | 1994-09-16 | 1995-09-14 | Electron-beam lithography system and method for drawing nanometer-order pattern |
| KR1019950030357A KR100223201B1 (ko) | 1994-09-16 | 1995-09-16 | 전자선 묘화 장치 및 전자선 묘화 방법 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22225494 | 1994-09-16 | ||
| JP6-222254 | 1994-09-16 | ||
| JP23215795A JP3378413B2 (ja) | 1994-09-16 | 1995-09-11 | 電子線描画装置及び電子線描画方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08139013A true JPH08139013A (ja) | 1996-05-31 |
| JP3378413B2 JP3378413B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=26524778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23215795A Expired - Fee Related JP3378413B2 (ja) | 1994-09-16 | 1995-09-11 | 電子線描画装置及び電子線描画方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5767521A (ja) |
| JP (1) | JP3378413B2 (ja) |
| KR (1) | KR100223201B1 (ja) |
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| EP0838837A2 (en) * | 1996-10-25 | 1998-04-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron beam exposure apparatus and method |
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| JP2017219549A (ja) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | ツィンファ ユニバーシティ | 二次元ナノ材料を特徴付ける方法 |
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| US7705383B2 (en) * | 1995-09-20 | 2010-04-27 | Micron Technology, Inc. | Integrated circuitry for semiconductor memory |
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| JP4164261B2 (ja) * | 2000-03-30 | 2008-10-15 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 干渉計測装置 |
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| JP2002117800A (ja) | 2000-10-05 | 2002-04-19 | Jeol Ltd | 電子線バイプリズム装置を備えた電子顕微鏡 |
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- 1995-09-14 US US08/528,409 patent/US5767521A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-16 KR KR1019950030357A patent/KR100223201B1/ko not_active IP Right Cessation
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