JPH10172500A - Electron beam source, electron gun, electron beam plotting device, and pattern forming method using the same - Google Patents

Electron beam source, electron gun, electron beam plotting device, and pattern forming method using the same

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JPH10172500A
JPH10172500A JP32649196A JP32649196A JPH10172500A JP H10172500 A JPH10172500 A JP H10172500A JP 32649196 A JP32649196 A JP 32649196A JP 32649196 A JP32649196 A JP 32649196A JP H10172500 A JPH10172500 A JP H10172500A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To significantly improve device performance by applying a region limit type thermionic source to an electron beam application device of such type forming a mask on a sample. SOLUTION: An electron source 102 is made of two substances, and a center substance is an electron emission substance made of substances with their low work function. When a proper electric field and a temperature are imparted to an electron source, thermionic emission occurs with a substance with its low work function. Therefore, emission of an electron generated other than that actually used can be restrained. The emitted electron is applied to a first mask 103, and an image of the first mask 103 is formed on an aperture in a second mask 105 by two transfer lenses 104. A position on the second mask of the image of the aperture on the first mask 103 is determined by a deflector 113 between these two lenses. An electron passing through the second mask 105 is reduced by two reduction lenses and is projected on a wafer 109.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電子線源、電子銃、
電子線描画装置及びそれを用いたパターン形成方法に係
わり、特にマスク像を試料上に転写するのに適した技術
に関する。
The present invention relates to an electron beam source, an electron gun,
The present invention relates to an electron beam lithography apparatus and a pattern forming method using the same, and more particularly to a technique suitable for transferring a mask image onto a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子線応用装置の性能はその電子源に大
きく依存する。例えば、工業用電子線描画装置では大き
な電流を安定に得られる3極熱電子銃が用いられてい
る。一方、電子顕微鏡では仮想光源径の小さい電界放射
型電子銃が用いられている。これに対して新しい電子源
として仕事関数の大きな物質と小さな物質からなる領域
限定型熱電子源の研究が行われている。これらの仕事は
ピー、ビー、スエル等が、プロシーディング オブ サ
ード、ファーファーコン、コンファレンス(1984
年)163頁で、また、ジェー、ディー、ペハウシェク
等がジャーナルオブバキュームサイエンスアンドテクノ
ロジー、ビー6(1988年)1989頁で発表されて
いる。この電子源の特徴は3極熱電子銃より電子のエネ
ルギ幅が小さいことにある。しかしながら、このタイプ
の電子源は未だに実用化されていない。
2. Description of the Related Art The performance of an electron beam application apparatus largely depends on its electron source. For example, a triode thermoelectron gun capable of stably obtaining a large current is used in an industrial electron beam lithography apparatus. On the other hand, in the electron microscope, a field emission type electron gun having a small virtual light source diameter is used. On the other hand, as a new electron source, research has been conducted on a region-limited thermionic source composed of a substance having a large work function and a substance having a small work function. These works were performed by P, B, Swell, etc., in the proceedings of third, Farfarcon, Conference (1984).
163) and J. Dee, Peaushek et al. Are published in the Journal of Vacuum Science and Technology, B6 (1988), 1989. The feature of this electron source is that the energy width of electrons is smaller than that of a tripolar thermoelectron gun. However, this type of electron source has not been put to practical use yet.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】その理由は、今まで
は、この電子源をポイントソース型の電子線応用装置へ
の適用を試みていたためと考えられる。ポイントソース
型の電子線応用装置では電界放射型電子源がエネルギ
幅、光源径の点でより優れた電子源であるため、これが
実用化を阻んでいた。
It is considered that the reason for this is that this electron source has been attempted to be applied to a point source type electron beam application apparatus. In the point source type electron beam application device, the field emission type electron source is an electron source which is more excellent in terms of energy width and light source diameter, and this has hindered practical use.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】我々が、この型の電子源
のより有効な使用法を探究した結果、この電子源を、マ
スク像を試料上に形成する型の電子線応用装置に適用す
ることが非常に有効であることが明らかとなった。マス
ク像を試料上に形成する型の電子線応用装置の例として
は、早田等がジャーナルオブバキュームサイエンスアン
ドテクノロジー、ビー9(1991年)2940頁で述
べている。このシステムでは10μAの電流が105A/c
m2srの輝度と5%以内の均一性で得られる必要がある。
この均一な分布(電子放出の角度依存性)がマスク像を
用いる電子線描画装置では重要である。領域限定型熱電
子源はこの要求を満たす特性を持っているため、利点で
ある小さいエネルギ幅の分、従来より性能の良い電子線
応用装置を作ることが出来る。さらに、マスク像を試料
上に形成する型の電子線応用装置では電子源の仮想光源
経が拡大されるために、ポイントソース型の電子線応用
装置での問題となるベルシェ効果が小さい。このことは
領域限定型熱電子源の小さいエネルギ幅を有効に利用で
きることを意味する。
As a result of exploring more effective use of this type of electron source, this electron source is applied to an electron beam application apparatus of the type that forms a mask image on a sample. Proved to be very effective. An example of an electron beam application apparatus that forms a mask image on a sample is described by Hayata et al. In Journal of Vacuum Science and Technology, B9 (1991), p. 2940. In this system, 10μA current is 105A / c
It must be obtained with m2sr brightness and uniformity within 5%.
This uniform distribution (angle dependence of electron emission) is important in an electron beam lithography apparatus using a mask image. Since the region-limited thermionic source has characteristics satisfying this requirement, it is possible to produce an electron beam application device having better performance than before because of the small energy width which is an advantage. Further, in the electron beam application apparatus of the type in which a mask image is formed on a sample, since the virtual light source of the electron source is enlarged, the Bellche effect which is a problem in the point source type electron beam application apparatus is small. This means that the small energy width of the region limited type thermoelectron source can be used effectively.

【0005】より多くの均一な電流を得るためには、更
に以下の構造それぞれが好ましい。
In order to obtain a more uniform current, each of the following structures is more preferable.

【0006】1.被覆されていない仕事関数の小さい部
分の大きさが0.1mmfから1mmfの間であること。
[0006] 1. The size of the small part of the uncoated work function is between 0.1 mmf and 1 mmf.

【0007】2.電子源の先端経が0.2mmから2mmの
間であること。
[0007] 2. The tip of the electron source must be between 0.2mm and 2mm.

【0008】3.仕事関数の大きな物質の仕事関数の小
さな物質の高さの差が10μm以下であること。
[0008] 3. The difference in height between a substance having a large work function and a substance having a small work function is 10 μm or less.

【0009】4.電子源の側面が仕事関数の大きな物質
で構成されていること。
4. The side of the electron source is composed of a material with a large work function.

【0010】また、電子銃の構成としては、以下の構造
が効果的である。
The following structure is effective as a configuration of the electron gun.

【0011】5.電子源の先端からアノードと反対方向
に0.5mm以上離れたところに電極を有すること。
5. Electrodes must be located at least 0.5 mm away from the tip of the electron source in the direction opposite to the anode.

【0012】さらに、使用方法としては、 6.1650Kから1750Kの間の温度で使用する。Further, as a method of use, it is used at a temperature between 6.1650K and 1750K.

【0013】7.被覆されていない仕事関数の小さい部
分の10%以下の所から放出された電子のみ描画に使用
する。
7. Only electrons emitted from less than 10% of the small unworked portion of the work function are used for writing.

【0014】電子源の作り方として有効な方法は、 8.被覆されていない仕事関数の小さい部分を規定する
際に収束された荷電粒子線を用いる。
An effective method for producing an electron source is as follows. Use a focused charged particle beam in defining a small portion of the uncoated work function.

【0015】9.仕事関数の小さい物質を被覆した仕事
関数の大きな物質を化学反応により除去する。
9. A substance having a large work function coated with a substance having a small work function is removed by a chemical reaction.

【0016】また、システムへの応用としては、 10.仮想光源の大きさもしくはその像の大きさを測定
する機能とそれを電子光学系にフィードバックする機能
を設けたシステムが考えられる。
Further, as an application to the system, there are: A system provided with a function of measuring the size of the virtual light source or the size of its image and a function of feeding it back to the electron optical system can be considered.

【0017】以下、これらについて詳しく述べる。Hereinafter, these will be described in detail.

【0018】図1に本発明の概念図を示す。この電子光
学系は早田等がジャーナルオブバキュームサイエンスア
ンドテクノロジー、ビー9(1991年)2940頁で
述べているものと同様である。電子源102は2つの物
質から構成されている。中心の物質は仕事関数の低い物
質からなる電子放出物質100である。適切な電場と温
度が電子源に与えられればこの仕事関数の低い物質から
のみ熱電子放出が生じる。従って、実際に使用する電子
以外に生じる電子の放出を抑制することが出来る。放出
された電子は第1マスク103を照射する。第1マスク
の像は2つの転写レンズ104によって第2マスク10
5内のアパーチャー上に形成される。可変矩型描画装置
の場合、2つのマスクはそれぞれ矩型の開口を有してお
り、セルプロジェクション描画装置の場合、第2マスク
が多種の開口を有している。第1マスク上の開口の像の
第2マスク上の位置は2つのレンズの間の偏向器113
により決められる。第2マスクを通過した電子は2つの
縮小レンズにより縮小され、最終的にはステージ110
上の試料109上に投影される。対物レンズにある偏向
器114は試料上の電子線の位置を規定する。ステージ
上には電子線計測用のマーク112も設けられている。
本発明はこの特定な電子光学系に限定されず、種々のマ
スク転写用の電子光学系でも可能である。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of the present invention. This electron optical system is the same as that described by Hayata et al. In Journal of Vacuum Science and Technology, B9 (1991), p. 2940. The electron source 102 is composed of two substances. The central material is an electron emitting material 100 made of a material having a low work function. If a proper electric field and temperature are applied to the electron source, only the material having a low work function emits thermionic electrons. Therefore, emission of electrons other than electrons actually used can be suppressed. The emitted electrons irradiate the first mask 103. The image of the first mask is transferred to the second mask 10 by two transfer lenses 104.
5 formed on the aperture. In the case of the variable rectangular drawing apparatus, each of the two masks has a rectangular opening. In the case of the cell projection drawing apparatus, the second mask has various kinds of openings. The position of the aperture image on the first mask on the second mask is determined by the deflector 113 between the two lenses.
Is determined by The electrons that have passed through the second mask are reduced by the two reduction lenses, and finally the stage 110
It is projected on the upper sample 109. A deflector 114 in the objective lens defines the position of the electron beam on the sample. A mark 112 for electron beam measurement is also provided on the stage.
The present invention is not limited to this particular electron optical system, but may be various electron optical systems for mask transfer.

【0019】領域限定型熱電子源は均一な電流の角度分
布を持つために、この様なマスク照射用の光源に使用す
ることが可能である。更に、エネルギー幅が従来の3極
熱電子銃と比較して狭く、従来以上の高解像性が実現で
きる。エネルギー幅は1eV以下であり、従来の2から
3eVと比較してかなり小さい。
Since the region-limited type thermoelectron source has a uniform current angular distribution, it can be used as such a light source for mask irradiation. Further, the energy width is narrower than that of the conventional triode thermoelectron gun, and higher resolution than before can be realized. The energy width is 1 eV or less, which is considerably smaller than the conventional 2 to 3 eV.

【0020】より特性の良い電子線を得るためにはいく
つかの方法が考えられる。まず、被覆されていない仕事
関数の小さい部分(電子放出領域)の大きさが0.1mm
fから1mmfの間であること、が有効である。もし、仕事
関数の低い電子放出領域が狭すぎると、図2のように中
心付近での静電ポテンシャルが電子を放出しない被覆物
質の段差により影響を受ける。これは、軸外の電子を内
側に曲げる力が働き、電流の角度分布が角度とともに増
大する。逆に、電子放出領域が広すぎると、使用する電
流に対して全放出電流が大きすぎてしまい、放電や鏡体
の汚染の原因となる。典型的には20μmf程度の領域
から放出される電子のみ使用するために、1桁近い、
0.1mmfが必要となる。言い方を変えると電子放出領
域の10%程度の面積から放出された電子のみを使用す
ることが好ましい。電子源の先端径も大きなパラメータ
である。先端径が小さくなれば先端の中心が段差から遠
くなり図2の段差の影響を受けにくくなる。その効果は
2mmより顕著になる。一方、径を0.2mm以下とする
とマスク上での電流密度角度分布が電子源表面での電流
密度分布の影響を受けやすくなってしまう。マスク上で
の電流密度角度分布は電子源表面での電流密度分布と各
点からの電子放出の広がりとの積分となる。これは材料
の不均一性による電子源表面での電流密度分布の不均一
性の影響を緩和する。しかし、先端径が0.2μmとな
ると電子表面での距離に対する電子の放出角が大きくな
り、この緩和効果が期待できない。したがって0.2mm
と2mmの間が先端径を設ける際に効果的である。また、
段差は10μm以下に押えると良い。
Several methods are conceivable for obtaining an electron beam with better characteristics. First, the size of the uncovered portion having a small work function (electron emission region) is 0.1 mm.
It is effective that the distance is between f and 1 mmf. If the electron emission region having a low work function is too narrow, the electrostatic potential near the center is affected by the step of the coating material that does not emit electrons as shown in FIG. This is because a force acts to bend the off-axis electrons inward, and the angular distribution of the current increases with the angle. Conversely, if the electron emission region is too wide, the total emission current will be too large for the current used, causing discharge and contamination of the mirror. Typically, to use only electrons emitted from a region of about 20 μmf, it is close to one order of magnitude,
0.1 mmf is required. In other words, it is preferable to use only the electrons emitted from about 10% of the area of the electron emission region. The diameter of the tip of the electron source is also a large parameter. If the diameter of the tip becomes smaller, the center of the tip becomes farther from the step, and is less affected by the step shown in FIG. The effect becomes more remarkable than 2 mm. On the other hand, when the diameter is 0.2 mm or less, the current density angle distribution on the mask is easily affected by the current density distribution on the electron source surface. The current density angle distribution on the mask is the integral of the current density distribution on the electron source surface and the spread of electron emission from each point. This alleviates the influence of the non-uniformity of the current density distribution on the electron source surface due to the non-uniformity of the material. However, when the tip diameter is 0.2 μm, the electron emission angle with respect to the distance on the electron surface becomes large, and this relaxation effect cannot be expected. Therefore 0.2mm
Between 2 and 2 mm is effective in providing the tip diameter. Also,
The step is preferably suppressed to 10 μm or less.

【0021】動作条件も重要である。熱電子源は高温で
動作させるために電子放出物質が蒸発する。これにより
非電子放出物質との段差が生じ、電流角度分布を不均一
にする。例えば、LaB6は1750Kで使用すると1
年で8μm蒸発する。従ってこの条件より低温で使用す
ることが望ましい。但し、動作温度に関しては、電子源
に加えうる電場が放電を考慮すると限界があるために、
十分な輝度を得るためには1650Kは必要となる。
Operating conditions are also important. Since the thermionic electron source operates at a high temperature, the electron-emitting substance evaporates. This causes a step with the non-electron-emitting substance to make the current angle distribution non-uniform. For example, LaB6 is 1 when used at 1750K.
Evaporates 8 μm per year. Therefore, it is desirable to use at a lower temperature than this condition. However, regarding the operating temperature, the electric field that can be applied to the electron source is limited in consideration of discharge,
1650K is required to obtain sufficient luminance.

【0022】電子源の蒸発によるもう1つの問題点は仮
想光源径(クロスオーバ径)の変化である。従って、こ
れに伴い電子光学パラメータの調整が必要となる。その
ために電子線描画装置に仮想光源径を計測する機能と電
子光学パラメターにフィードバックさせる機能を付加す
ることが望ましい。変化させパラメターはレンズの励磁
や電圧である。フィードバックのためのコンデンサレン
ズを電子銃と転写レンズの間に設ける方法もあるが、図
3の様に電子源の先端から0.5mm以上離れたところに
電極を設置し、その電圧を変化させることにより調整す
る方法も有力である。0.5mm以上離す理由は追加する
電極が電流の均一性を損なわない様にするためである。
従って、この電極に加える電圧は電子源の電圧に対して
正のこともあり負のこともある。クロスオーバ径が大き
くなる時は正の電圧を付加することが有効である。この
電極の電圧の変化は全電流の変化の原因ともなるので、
アノード電圧の調整や動作温度の調整も必要となる。こ
の電極は電子源の支持体による非回転対称な静電ポテン
シャルを遮蔽する効果も有している。もし、この遮蔽効
果のみを目的とするのであれば電極と電子源を短絡して
も良い。
Another problem caused by the evaporation of the electron source is a change in the virtual light source diameter (crossover diameter). Accordingly, it is necessary to adjust the electron optical parameters accordingly. For this purpose, it is desirable to add a function of measuring the virtual light source diameter and a function of feeding back the electron optical parameters to the electron beam lithography apparatus. The parameters to be changed are the excitation and voltage of the lens. There is also a method of providing a condenser lens for feedback between the electron gun and the transfer lens. However, as shown in Fig. 3, an electrode should be placed at a distance of 0.5 mm or more from the tip of the electron source, and the voltage should be changed. The method of adjusting by using is also effective. The reason for separating the electrodes by 0.5 mm or more is to prevent the added electrodes from impairing the uniformity of the current.
Therefore, the voltage applied to this electrode may be positive or negative with respect to the voltage of the electron source. When the crossover diameter increases, it is effective to apply a positive voltage. Since the change in the voltage of this electrode causes the change in the total current,
It is also necessary to adjust the anode voltage and the operating temperature. This electrode also has the effect of blocking non-rotationally symmetric electrostatic potentials due to the support of the electron source. If only the shielding effect is intended, the electrode and the electron source may be short-circuited.

【0023】電子源の製作方法も工夫が必要となる。最
も重要なことは如何に電子の放出領域を定義するかにあ
る。ピー、ビー、スエル等は機械的にこれを行っていた
が、機械的な方法では電子放出領域の表面に損傷を与え
る恐れがある。さらに、彼等の方法では有限な径を持つ
電子源の製作が困難である。そこで新しい方法として収
束イオン線と化学反応を用いたエッチングが有効であ
る。収束イオン線は電子源のような3次元の試料上での
リソグラフィが可能である。簡単な方法は電子放出材料
に電子放出の起こりにくい仕事関数の大きな物質を堆積
し、電子放出を得たい所のみイオン線によるスパッタリ
ングで除去するものである。もう1つの方法を、図4に
示す。電子放出材料402に電子非放出材料401を被
覆する。更にその上にエッチングのマスク材料403を
被覆する。マスク材料を収束イオン線(FIB)で選択
的に除去する。マスク材料403をマスクとして電子非
放出材料をエッチングする。最後にマスク材料を除去す
る。この方法は電子非放出材料を化学的に除去出来るた
めに、電子放出材料表面の損傷が最も少ない。また、最
も単純な製作方法は以下の通りである。この方法では電
子源の側面のみ被覆される。まず、電子放出材料上に電
子非放出材料を堆積する。このときは化学気相法のよう
な被覆性の良い堆積法を用いる。次に反応性ドライエッ
ティングのような異方性の強い除去方法で主に上面のみ
電子非放出材料を除去する。この手法はマスク材料の除
去法にも応用可能であり、化学気相法のような被覆性の
良い堆積法でマスク材料を堆積し、異方性の強い除去方
法で主に上面のみマスク材料を除去する。この方法では
電子源の太さで電子放出領域の大きさが決まってします
が、リソグラプィを用いずに済むため、プロセスが簡単
になる。
The method of manufacturing the electron source also requires some contrivance. The most important thing is how to define the electron emission region. P, B, Swell, etc. mechanically do this, but mechanical methods can damage the surface of the electron emission region. Furthermore, it is difficult to produce an electron source having a finite diameter by their method. Therefore, etching using a focused ion beam and a chemical reaction is effective as a new method. The focused ion beam enables lithography on a three-dimensional sample such as an electron source. A simple method is to deposit a substance having a large work function that does not easily cause electron emission on the electron-emitting material, and remove the electron emission material only by sputtering using an ion beam where the electron emission is desired. Another method is shown in FIG. The electron emission material 402 is coated with the electron non-emission material 401. Further, an etching mask material 403 is coated thereon. The mask material is selectively removed with a focused ion beam (FIB). The electron non-emission material is etched using the mask material 403 as a mask. Finally, the mask material is removed. In this method, since the electron non-emission material can be chemically removed, damage to the surface of the electron emission material is minimized. The simplest manufacturing method is as follows. In this method, only the side of the electron source is coated. First, an electron non-emission material is deposited on the electron emission material. In this case, a deposition method having good covering properties such as a chemical vapor deposition method is used. Next, the electron non-emission material is mainly removed only from the upper surface by a strongly anisotropic removal method such as reactive dry etching. This method can also be applied to the mask material removal method, where the mask material is deposited by a deposition method with good coverage such as the chemical vapor deposition method, and the mask material is mainly removed only on the upper surface by a strong anisotropic removal method. Remove. In this method, the size of the electron emission region is determined by the thickness of the electron source, but the process is simplified because lithography is not required.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施例1 図5に領域限定型熱電子源の構造図を示す。電子放出材
料としてLaB6500を用い、電子非放出材料として
炭素501を用いた。電子放出領域は0.15mmfであ
り、先端は平面である。電子非放出材料の厚さは1μm
であるため、電子放出材料との段差は1μmとなる。電
極503が先端から0.5mm後方に置かれている。図6
に電流の角度依存性と角度内の全電流を示す。図から1
5μAが5%以下の均一性で得られるのが分かる。動作
温度は1700K、加速電圧は50kVである。さらに、
仮想クロスオーバは5μm、輝度は5*105A/cm2srで
ある。
Embodiment 1 FIG. 5 shows a structural diagram of a region-limited thermionic electron source. LaB6500 was used as an electron emission material, and carbon 501 was used as an electron non-emission material. The electron emission area is 0.15 mmf, and the tip is flat. The thickness of the electron non-emission material is 1 μm
Therefore, the level difference from the electron emission material is 1 μm. An electrode 503 is placed 0.5 mm behind the tip. FIG.
Shows the angle dependence of the current and the total current within the angle. From the figure 1
It can be seen that 5 μA is obtained with a uniformity of 5% or less. The operating temperature is 1700K and the accelerating voltage is 50kV. further,
The virtual crossover is 5 μm and the luminance is 5 * 105 A / cm2sr.

【0025】図7に電子源の製作方法を示す。初めに、
1μm厚の炭素700をLaB6701の上にプラズマ
化学気相法により堆積した。次に0.2μm厚のシリコ
ン酸化膜703をやはりプラズマ化学気相法により堆積
した。プラズマ化学気相法は接着性の悪い炭素表面にも
問題なく堆積できる。その他、熱化学気相法やスパッタ
リング等の方法でも可能である。次に、収束イオン線を
用いて限られた領域のシリコン酸化膜のみ除去する。更
に酸素プラズマによってシリコン酸化膜をマスクとし、
炭素をエッティングする。最後にシリコン酸化膜は沸酸
により除去する。この2段方式の利点は収束イオン線の
LaB6への打ち込みやLaB6のスパッタリングを避
けることが出来ることにある。更に炭素の堆積の後に真
空中で高温加熱することが効果的である。これにより、
炭素をグラファイト化し、仕事関数を大きくする。
FIG. 7 shows a method of manufacturing an electron source. at first,
1 μm thick carbon 700 was deposited on LaB6701 by plasma enhanced chemical vapor deposition. Next, a silicon oxide film 703 having a thickness of 0.2 μm was also deposited by the plasma chemical vapor deposition method. The plasma-enhanced chemical vapor deposition method can be deposited on a poorly adherent carbon surface without any problem. In addition, a method such as a thermochemical vapor phase method or sputtering is also possible. Next, only the silicon oxide film in a limited area is removed using a focused ion beam. Furthermore, with the silicon oxide film as a mask by oxygen plasma,
Etch carbon. Finally, the silicon oxide film is removed with hydrofluoric acid. The advantage of the two-stage method is that the implantation of the focused ion beam into LaB6 and the sputtering of LaB6 can be avoided. Further, it is effective to perform high temperature heating in vacuum after carbon deposition. This allows
Graphitize carbon and increase work function.

【0026】図8にこの電子源を用いた電子光学鏡体を
示す。この鏡体はセルプロジェクション機能を持ったリ
ソグラフィシステムのためのものである。電子線は15
0μm角の開口を有する第1マスク103を直接照射す
る。この矩型の像は第2マスク105上に結像される。
第2マスク105上の配置を図9に示す。可変矩型用の
125μm角開口901と多くのセル開口902が配置
されている。偏向器により第1マスク開口の像の位置を
変えることが出来る。像は1/25に縮小され、最終的
にステージ110上のウエハ802に投影される。電子
のエネルギ幅は0.7eVである。これは従来の2から
3eVに比べて小さい。従って、色収差が低減される。
0.5μm厚のSAL601レジストを用いると、0.0
9μmラインアンドスペースと0.07μmホールを描
画することが出来た。従来の電子銃を用いるとそれぞ
れ、0.15μm、0.14μmである。さらに、ドライ
エッティングとセルプロジェクションの組み合わせによ
り、0.1μmレベルのLSIのホール、配線パターン
を作成することが出来た。特にホールパターンは電流が
少ないために色収差が主にビームのボケを決める。従っ
てこの電子源はホールパターンに特に有効である。
FIG. 8 shows an electron optical mirror using this electron source. This mirror is for a lithography system having a cell projection function. 15 electron beams
The first mask 103 having an opening of 0 μm square is directly irradiated. This rectangular image is formed on the second mask 105.
FIG. 9 shows the arrangement on the second mask 105. A 125 μm square opening 901 for variable rectangular shape and many cell openings 902 are arranged. The position of the image of the first mask opening can be changed by the deflector. The image is reduced to 1/25 and is finally projected on the wafer 802 on the stage 110. The energy width of the electrons is 0.7 eV. This is smaller than the conventional 2 to 3 eV. Therefore, chromatic aberration is reduced.
When a 0.5 μm thick SAL601 resist is used,
A 9 μm line and space and a 0.07 μm hole could be drawn. When a conventional electron gun is used, they are 0.15 μm and 0.14 μm, respectively. Furthermore, by the combination of dry etching and cell projection, a hole and a wiring pattern of an LSI having a level of 0.1 μm could be formed. In particular, since the hole pattern has a small current, chromatic aberration mainly determines beam blur. Therefore, this electron source is particularly effective for hole patterns.

【0027】電子源の動作中にLaB6は蒸発するが炭
素はほとんど蒸発しない。従って両者の境界の段差は大
きくなる。これはクロスオーバサイズを大きくして電子
を内側に収束する。これらの現象はステージ上のマーク
112からの反射電子を検出すること、レンズ条件を変
えマーク上に焦点を合わせることにより観測される。電
子源の後方にある電極の電圧を変化させることによりク
ロスオーバサイズを調整出来る。電圧をプラスに大きく
すれば クロスオーバサイズ は小さくなる。例えば、0
Vで5μmの クロスオーバサイズが200Vで4μmの
クロスオーバサイズとなる。6っ月後は段差が10μm
以上となり一様性が劣化した。
During the operation of the electron source, LaB6 evaporates but carbon hardly evaporates. Therefore, the step at the boundary between the two becomes large. This increases the crossover size and causes the electrons to converge inward. These phenomena are observed by detecting the reflected electrons from the mark 112 on the stage and changing the lens condition to focus on the mark. The crossover size can be adjusted by changing the voltage of the electrode behind the electron source. Increasing the voltage to a positive value reduces the crossover size. For example, 0
The crossover size of 5 μm at V is 4 μm at 200 V. After 6 months, the step is 10μm
As described above, the uniformity deteriorated.

【0028】実施例2 図10に別の構造の領域限定型熱電子源を示す。電子放
出領域は0.1mmfである。先端径は0.2mmである。電
子非放出材料の段差は4μmである。この場合でも5%
の誤差で15μAの電流は容易に得られる。0.1mmf、
4μmの条件でも良い結果が得られる理由は0.2mmの
先端径にある。これにより段差の位置が電子源先端より
後退し、その影響が低減する。1方、LaB6結晶の一
様性がマスク上での電流分布により影響しやすくなる。
電子源の先端径を0.1mmとすると、5%以内の均一性
は得られない。このような構造の電子源では収束イオン
線が製作方法として特に有効である。
Embodiment 2 FIG. 10 shows a region-limited thermionic source having another structure. The electron emission area is 0.1 mmf. The tip diameter is 0.2 mm. The step of the electron non-emission material is 4 μm. 5% even in this case
A current of 15 μA can be easily obtained with an error of 0.1mmf,
The reason why good results can be obtained even under the condition of 4 μm lies in the tip diameter of 0.2 mm. As a result, the position of the step is retracted from the tip of the electron source, and its influence is reduced. On the other hand, the uniformity of the LaB6 crystal is more likely to be affected by the current distribution on the mask.
If the tip diameter of the electron source is 0.1 mm, uniformity within 5% cannot be obtained. In an electron source having such a structure, a focused ion beam is particularly effective as a manufacturing method.

【0029】図11はこの例での電子光学系である。こ
の光学系ではコンデンサレンズ1200が電子源102
と第1マスク103の間にある。このレンズはマスクへ
の電子の照射条件をコントロールできる。また、この例
では第2マスクが3角形開口1201を有している。実
施例1と同じく、SAL601レジストを用いて0.3
μmのラインアンドスペースをクロム上に形成した。ク
ロムをエッチングすることにより精度の良いレチクルを
製作することが出来た。寸法精度は0.02μmであ
り、従来の0.035μmと比較して小さい。
FIG. 11 shows an electron optical system in this example. In this optical system, the condenser lens 1200 is
And the first mask 103. This lens can control the irradiation condition of the electron to the mask. In this example, the second mask has a triangular opening 1201. As in the case of the first embodiment, the SAL601 resist is used and 0.3 is used.
A μm line and space was formed on the chromium. By etching chromium, a highly accurate reticle could be manufactured. The dimensional accuracy is 0.02 μm, which is smaller than the conventional 0.035 μm.

【0030】実施例3 図12に側面被覆型電子源の製作方法を示す。初めにア
モルファスカーボン1300を堆積する。次に1800
Kで真空中で加熱する。この温度は装置内での動作温度
より少し高い。従って、動作中での更なる変化を防ぐこ
とが出来る。更に、シリコン酸化膜1303を堆積した
後に異方性エッチングでシリコン酸化膜を除去する。次
にシリコン酸化膜をマスクとしてカーボンをエッチング
することにより側面被覆型電子源が得られる。電子源の
直径は200μmであり、電子放出領域は十分に小さ
い。
Embodiment 3 FIG. 12 shows a method of manufacturing a side-coated electron source. First, amorphous carbon 1300 is deposited. Then 1800
Heat in vacuum at K. This temperature is slightly higher than the operating temperature in the device. Therefore, further changes during operation can be prevented. Further, after depositing the silicon oxide film 1303, the silicon oxide film is removed by anisotropic etching. Then, carbon is etched using the silicon oxide film as a mask to obtain a side-coated electron source. The diameter of the electron source is 200 μm, and the electron emission area is sufficiently small.

【0031】本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。例えば、実施例ではLaB6と炭素のみ使用
したが、他の仕事関数の異なる物質の組み合わせでも良
い。LaB6とRe,Irを混入させたWとW、等も有
効である。同様に光学系やレシスト等も種々の実施方法
が考えられる。
The present invention is not limited to these embodiments. For example, although only LaB6 and carbon are used in the embodiment, other combinations of materials having different work functions may be used. W and W mixed with LaB6 and Re and Ir are also effective. Similarly, various implementation methods can be considered for the optical system and the resist.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように領域限定型熱電子源をマス
ク像を試料上に形成する型の電子線応用装置に適用する
ことにより、装置の性能を大きく向上させることが出来
る。
As described above, the performance of the device can be greatly improved by applying the region-limited thermionic source to an electron beam application device of a type that forms a mask image on a sample.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用した電子線描画装置図。FIG. 1 is an electron beam drawing apparatus diagram to which the present invention is applied.

【図2】段差の影響を説明するための図。FIG. 2 is a diagram for explaining the influence of a step.

【図3】後方の電極の図。FIG. 3 is a view of a rear electrode.

【図4】電子源の製作工程図。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the electron source.

【図5】実施例1の電子源の構造図。FIG. 5 is a structural diagram of an electron source according to the first embodiment.

【図6】実施例1の電子放出特性図。FIG. 6 is an electron emission characteristic diagram of Example 1.

【図7】実施例1の電子源の製作工程図。FIG. 7 is a manufacturing process diagram of the electron source according to the first embodiment.

【図8】実施例1の電子線描画装置図。FIG. 8 is a diagram of an electron beam drawing apparatus according to the first embodiment.

【図9】実施例1のマスク図。FIG. 9 is a mask diagram according to the first embodiment.

【図10】実施例2の 電子源 の構造図。FIG. 10 is a structural diagram of an electron source according to a second embodiment.

【図11】実施例2の 電子線描画装置図。FIG. 11 is a diagram of an electron beam drawing apparatus according to a second embodiment.

【図12】実施例3の電子源の製作工程図。FIG. 12 is a manufacturing process diagram of the electron source according to the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100ーー電子放出材料、101ーー電子非放出材料、
102ーー電子源、103ーー第1マスク、104ーー
転写レンズ、105ーー第2マスク、106ーー縮小レ
ンズ、107ーー対物レンズ、108ーー対物絞り、1
09ーーウエハ、110ーーステージ、111ーー電子
検出器、112ーーマーク、113ーー偏向器、114
ーー対物偏向器、200ーー電子放出材料、201ーー
電子非放出材料、202ーーアノード電極、203ーー
静電ポテンシャル、301ーー後方の電極、401ーー
電子非放出材料、402ーー電子放出材料、403ーー
マスク材料、700ーーアモルファスカーボン、701
ーーLaB6、702ーーグラファイト状、703ーー
シリコン酸化膜、800ーーレジスト、801ーー堆積
膜、900ーー第1開口像、901ーー125μm角開
口、902ーーセル開口1、1000ーーLaB6、1
001ーー炭素、1002ーー電子軌道、1200ーー
調整用レンズ、1201ーー第2マスク、1202ーー
レジスト、1203ーークロム、1204ーーレチクル
プレート、1300ーーアモルファスカーボン、130
1ーーLaB6、1302ーーグラファイト状、130
3ーーシリコン酸化膜。
100--electron emitting material, 101--electron non-emitting material,
102-electron source, 103-first mask, 104-transfer lens, 105-second mask, 106-reduction lens, 107-objective lens, 108-objective aperture, 1
09-wafer, 110-stage, 111-electron detector, 112-mark, 113-deflector, 114
-Object deflector, 200-Electron emitting material, 201-Electron non-emitting material, 202-Anode electrode, 203-Electrostatic potential, 301-Back electrode, 401-Electron non-emitting material, 402-Electron emitting material, 403-Mask material , 700-amorphous carbon, 701
--LaB6, 702--graphite, 703--silicon oxide film, 800--resist, 801--deposited film, 900--first opening image, 901--125 μm square opening, 902--cell opening 1, 1000--LaB6,1
001—carbon, 1002—electron orbit, 1200—adjusting lens, 1201—second mask, 1202—resist, 1203—chrome, 1204—reticle plate, 1300—amorphous carbon, 130
1-LaB6, 1302-graphite, 130
3--Silicon oxide film.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マスクを透過した電子を試料上に転写する
電子線描画装置において電子源に領域限定型熱電子源を
用いることを特徴とする電子線描画装置及びそれを用い
た描画方法およびパターン形成方法。
1. An electron beam lithography apparatus for transferring electrons transmitted through a mask onto a sample, wherein a region-limited thermoelectron source is used as an electron source, and a lithography method and pattern using the electron beam lithography apparatus. Forming method.
【請求項2】請求項1において仮想光源の大きさもしく
はその像の大きさを測定する機能とそれを電子光学系に
フィードバックする機能を設けたことを特徴とする電子
線描画装置及びそれを用いた描画方法およびパターン形
成方法。
2. An electron beam lithography apparatus according to claim 1, further comprising a function of measuring the size of a virtual light source or the size of an image of the virtual light source and a function of feeding it back to an electron optical system. Drawing method and pattern forming method.
【請求項3】請求項1において被覆されていない仕事関
数の小さい部分の大きさが0.1mmfから1mmfの間であ
ることを特徴とする電子線描画装置及びそれを用いた描
画方法およびパターン形成方法。
3. An electron beam lithography apparatus according to claim 1, wherein the size of the uncovered portion having a small work function is between 0.1 mmf and 1 mmf, and a lithography method and pattern formation using the same. Method.
【請求項4】請求項1において電子源の先端経が0.2m
mから2mmの間であることを特徴とする電子線描画装置
用とそれを用いた描画方法およびパターン形成方法。
4. The electron source according to claim 1, wherein the tip length of the electron source is 0.2 m.
A distance between m and 2 mm for an electron beam lithography apparatus, and a lithography method and a pattern forming method using the same.
【請求項5】請求項1において仕事関数の大きな物質の
仕事関数の小さな物質の高さの差が10μm以下である
ことを特徴とする電子線描画装置とそれを用いた描画方
法およびパターン形成方法。
5. An electron beam lithography apparatus according to claim 1, wherein a difference in height between a substance having a large work function and a substance having a small work function is 10 μm or less, and a drawing method and a pattern forming method using the same. .
【請求項6】請求項1において被覆されていない仕事関
数の小さい部分の10%以下の所から放出された電子の
み描画に使用することを特徴とする電子線描画装置とそ
れを用いた描画方法およびパターン形成方法。
6. An electron beam lithography apparatus and a lithography method using the electron beam lithography apparatus according to claim 1, wherein only electrons emitted from a portion having a small work function not covered by 10% or less are used. And a pattern forming method.
【請求項7】請求項1において1650Kから1750K
の間の温度で使用することを特徴とする電子線描画装置
とそれを用いた描画方法およびパターン形成方法。
7. The method according to claim 1, wherein the temperature is from 1650K to 1750K.
An electron beam lithography apparatus characterized in that it is used at a temperature between the above, and a lithography method and a pattern formation method using the same.
【請求項8】請求項1において10ー9Torrで使用
することを特徴とする電子線描画装置とそれを用いた描
画方法およびパターン形成方法。
8. An electron beam lithography apparatus according to claim 1, wherein said apparatus is used at 10-9 Torr, and a lithography method and a pattern formation method using said apparatus.
【請求項9】電子放出領域を制限した領域限定型熱電子
源を用いた電子銃において電子源の先端からアノードと
反対方向に0.5mm以上離れたところに電極を有するこ
とを特徴とする電子銃及びそれを搭載した電子線描画装
置、描画方法とパターン形成方法。
9. An electron gun using a region-limited thermoelectron source having a limited electron emission region, wherein an electron is provided at a distance of 0.5 mm or more from an end of the electron source in a direction opposite to an anode. A gun, an electron beam drawing apparatus equipped with the gun, a drawing method, and a pattern forming method.
【請求項10】電子放出領域を制限した領域限定型熱電
子源において被覆されていない仕事関数の小さい部分を
規定する際に収束された荷電粒子線を用いることを特徴
とする電子源及びそれを搭載した電子線描画装置、描画
方法とパターン形成方法。
10. An electron source characterized by using a converged charged particle beam when defining an uncoated small portion of a work function in a region limited type thermoelectron source having an electron emission region limited, and an electron source. On-board electron beam drawing apparatus, drawing method and pattern forming method.
【請求項11】電子放出領域を制限した領域限定型熱電
子源において仕事関数の小さい物質を被覆した仕事関数
の大きな物質を化学反応により除去することを特徴とす
る電子源及びそれを搭載した電子線描画装置、描画方法
とパターン形成方法。
11. An electron source equipped with an electron source having an electron emission region, wherein a high work function material coated with a low work function material is removed by a chemical reaction in a region limited type thermal electron source having a limited electron emission region. Line drawing apparatus, drawing method and pattern forming method.
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