JPS59152622A - 電子ビ−ム露光装置 - Google Patents

電子ビ−ム露光装置

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Publication number
JPS59152622A
JPS59152622A JP2720283A JP2720283A JPS59152622A JP S59152622 A JPS59152622 A JP S59152622A JP 2720283 A JP2720283 A JP 2720283A JP 2720283 A JP2720283 A JP 2720283A JP S59152622 A JPS59152622 A JP S59152622A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron beam
cathode
distribution
electron gun
electron
Prior art date
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Pending
Application number
JP2720283A
Other languages
English (en)
Inventor
Shuichi Tamamushi
秀一 玉虫
Tadahiro Takigawa
忠宏 滝川
Isao Sasaki
勲 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2720283A priority Critical patent/JPS59152622A/ja
Publication of JPS59152622A publication Critical patent/JPS59152622A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/06Electron sources; Electron guns
    • H01J37/063Geometrical arrangement of electrodes for beam-forming

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電子ビーム露光装置に係わシ、特に電子銃構
造の改良をはかった電子ビーム露光装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、半導体ウェハやマスク基板等の試料に微細パータ
ーンを形成するものとして、各種の電子ビーム露光装置
が研究開発されている。そして、これらの装置のうちで
電子ビームの寸法及び形状を可変しながら露光を行う、
所謂ビーム寸法可変型電子ビーム露光装置が高速描画に
最も適していると云われている。
ところで、電子ビーム露光装置の光学鏡筒にあっては、
その電子線源として単結晶La B 6(ランタンヘキ
サプライト)をカソードとした3電極構造の電子銃が用
いられている。ビーム寸法可変型電子ビーム露光装置で
は、特にビーム寸法及び電流密度が大きく、かつ電流密
度が均一であることが望まれる。そのためには、電子銃
のカソード先端を平坦に加工し、かつその平坦部半径を
大きくすればよいことが判っている。
第1図はこのような従来の電子銃の基本構成を示す模式
図であり、図中1は単結晶La B 、sカソ−ド、2
は層状グラファイトヒータ、3はウェネルト電極、4は
アノードを示している。そして、カソード1から放出さ
れた熱電子が、カソード1の先端近傍に形成された電界
によシ集束され、軸方向(図中矢印A方向)に加速され
るものとなっている。
しかしながら、この種の電子銃を用いた電子ビーム露光
装置にあっては次のような問題があった。すな枦ち、上
記構造の電子銃ではカソード1の先端平坦部から均一な
電界放射を行わせることは不可能であり、ビームの電流
密度は第2図に示す如きガウス分布となる。ビーム寸法
可変型電子ビーム露光装置では、上記第2図に示すビー
ム電流分布のうち95[%]値以上(図中斜線部)の部
分しか利用することができない□これは\試料面上に結
像される電子ビーム(アパーチャ像)に第2図のビーム
電流密度分布が反映されるからであシ、前記斜線部以上
にビームの利用領域を広げると試料面上の結像ビーム内
の強度分布が大幅に変化するためである。このように従
来、電子銃から放射される電子ビームを有効に利用する
ことはできない。したがって、電子銃から放射される電
子ビームに対する試料面上の結像ビームの絶対量が大幅
に少なくなシ、露光速度の低下を招く。逆に、露光速度
を上げるには電子銃からの必要以上の電子ビーム放射が
必要となり、電子銃の寿命が短かくな″る等の問題があ
った。また、上記問題はビーム寸法可変型のものに限ら
ず、ビームの形状を整形して露光を行う方式の電子ビー
ム露光装置について云えることである。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、電子銃から放射される電子ビームを有
効に利用することができ、電子銃の長寿命化及び露光速
度の高速化等をはかシ得る電子ビーム露光装置を提供す
ることにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、電子銃の構造を改良し、電子銃から放
射される電子ビームの電流密度分布を矩形に近づけるこ
とにある。
電子銃から放射される電子ビームの電流密度分布を第3
図に示す如く略矩形状に制御できれば、電子ビームの利
用効率の大幅な向上をはかシ得ることは容易に推定され
る。電子銃め特性はカソード先端近傍の電界の状態によ
シ変、化し、この電界はカソード及qウェネルト電極の
形状や電位等によって決定される。前記第1図に示した
電子銃が前記第2図に示した特性を持つのは、カソード
先端近傍の電位分布が第1図中破線で示す如くガウス分
布になるためだと考えられる。したがって、カソード先
端近傍の電位分布を矩形にすることができれば、第3図
に示す電流密度分布が得られると推定される。
カソード先端近傍の電位分布を矩形にする目的で本発明
者等が器量研究を重ねた結果、ウェネルト電極を複数個
用い、それぞれのバイアス電圧を独立して設定すること
によシ、上記電位分布を略矩形状に制御できることが判
明した。
そして、この状態で電子銃から放射される電子ビームの
電流密度分布を測定したところ、確かに第3図に示す如
き分布特性を示すのが確認された。
本発明はこのような点に着目し、電子銃から放射された
電子ビームを集束加速すると共にビーム整形し、この整
形ビームを試料実に照射して該試料を露光する電子ビー
ム露光装置において、前記電子銃を先端が平面若しくは
球面のLa B bカソードと、このカソードから放出
される熱電子を加速するアノードと、上記カソードとア
ノードとの間に配設されビーム電流を制御する少なくと
も2つのウェネルト電極とから構成し、かつ上記ウェネ
ルト電極の各バイアス電圧の設定によシ上゛記カソード
先端近傍の電位分布を矩形状に制御するようにしたもの
である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、複数個のウェネルト電極の作用によシ
カソード先端近傍の電位分布を矩形状に制御できるので
、電子銃から放射される電子ビームの電流密度分布を矩
形に近づけることができる。このため、・上記電子ビー
ムの利用効率を大幅に高めることができ、電子銃の長寿
命化及び露光速度の高速化をはかシ得る等の効果を奏す
る。また、従来装置に比して、ウェネルト電極を複数個
設けるのみの簡易な構成で実現し得る等の利点がある。
〔発明の実施例〕
第4図は本発明の一実施例に係わるビーム寸法可変型電
子ビーム露光装置を示す概略構成図である。図中11は
電子銃、12は第1コンデンサレンズ、、isrrim
2コンデンサレンズ、14は投影レンズ、15は縮小レ
ンズ、16は対物レンズ、17はブランキング用偏向板
、1Bはビーム寸法可変用偏向板、19はビーム走査用
偏向板、20.21はビーム整形用アパーチャマスク、
22は試料面をそれぞれ示している。
上記構成において、電子銃1ノ以外の部分は周知の装“
置と全く同様であるので、その詳しい説明は省略する。
前記電子銃1ノは第5図に示′す如くカソード。
3ノ、層状ヒータ32、アノ°−ド33、第1及び第2
のウェネルト電極34 + 35から構成されている。
カソード31は軸方位<100>の単結晶LaB6から
なるもので、その下方が絞シ込まれると共にその下端部
31aが平坦に加工さ五ている。そして、下端部31&
には仕事関数の低い(100)面が現われている。第1
及び第2のウェネルト電極34.35は、カソード31
とアノード33との間にそれぞれ離間して配設されてい
る。ここで、第1のウェネルト電極34は従来のものと
同様と考えて差し支えない。本発明を特徴づける第2の
ウェネルト電極35は、上記第1のウェネルト電極34
よりも上方、つ″!シカソード31側に配置されている
そして、これらのウェネルト電極34.35は、それぞ
れ独立したバイアス電圧によって駆動されるものとなっ
ている。
一方、前記アノード33は接地され、アノード33とカ
ソード3ノとの間には、図示極性の高圧電源36及びバ
イアス抵抗37が直列接続されている。そして、ウェネ
ルト電極34 、35には、バイアス抵抗37によシ可
変される電圧がそれぞれ印加される。。これにょシ、カ
ソード31には負の電圧−■l 、第1のウェネルト電
極34には負のバイアス電圧−V4 (−V4 >−V
t )、第2のウェネルト電極35には負のバイアス電
圧−Vs (−V4>−V5 >−Vt )がそれぞれ
印加されるものとなっている。
とのよ1うな構成であれば、ウェネルト電極34.35
の各バイアス電圧を最適値に調節することによって、カ
ソード3ノの先端近傍の電位分布を第5図中破線に示す
如く制御することができる。すなわち、カソード31、
アノード33及び第1のウェネルト電極34の各電位で
定まる前記第1図中破線で示すガウス分布状の電位分布
波形を、第2のウェネルト電極35の作用により上記電
位分布波形の側部を持ち上げることによって、矩形状に
制御することができる。これにょシ、前記第3図に示す
如き矩形状電流密度分布を得ることができ、電子銃1ノ
から放射される電子ビームの有効利用をはかシ得ること
になる。
実際に、本発明者等の実験によれば、電子ビーム゛の利
用効率が従来の約5倍向上するのが確認された。また、
電子銃11の輝度も2倍程度向止す不のが確認された。
これは、矩形分布を持つ一方でシャープな電子ビームが
得られたためであると解釈される。
第6図は他の実施例に使用した電子銃の構成を示す模式
図である。なお、第5図と同一部分には同一符号を付し
て、その詳しい説明は省略する。この実施例が先に説明
した実施例と異なる点は、前記第1及び第2のウェネル
ト電極を一体形成したことにある。すなわち、前記第1
及び第2のウェネルト電極34.35の代シに高抵抗の
リング状部材40が配設され、この部材40の上面及び
下面にそれぞれバイアス電圧が印加されるものとなって
いる。
このような構成では、部材40の下面側34′が前記第
1のウェネルト電極34として作用し、部材40の上面
側35′が前記第2のウェネルト電極35として作用す
ることになる。したがって、先の実施例と同様の効果が
得られる。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記ウェネルト電極として、絶縁物から
なるリング状部材の上面及び下面に金属膜を被着したも
のを用いてもよい。
また、ウェネルト電極の数は2個に限るものではなく、
3個以上であってもよいのは勿論のことである。さらに
、ウェネルト電極の形状及び配設位置等は、仕様に応じ
て適宜定めればよい。
また、前記カソードの先端平坦部は(,100)面に限
るものではなく、(310)面や(210)面等の仕事
関数の低い面であればよい。さらに、カソードの先端を
平坦に加工する代シに、球面に加工するようにしてもよ
い。また、ビーム寸法可変厳電子ビーム露光装置に限ら
ず、ビーム形状を整形する各種の電子ビーム露光装置に
適用することが可能である。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電子銃の基本構成を示す模式図、第2図
は上記電子銃から放射される電子ビームの電流密度分布
を示す特性図、第3図は本発明の詳細な説明するための
もので希望する電流密度分布を示す特性図、第4図は本
発明の一実施例に係わるビーム寸法可変型電子ビーム露
光装置を示す概略構成図、第5図は上記実施例装置の要
部構成を拡大して示す模式図、第6図は他の実施例の要
部構成を拡大して示す模式図である。 11・・・電子銃、12〜16・・・レンズ、17〜1
9・・・偏向板、20.21・・・7ノ4−チャマスク
、22・・・試料面、3ノ・・・La B 6カンード
、31a・・・下端部、32・・・層状ヒータ、33・
・・アノード、34.35・・・ウェネルト電極、36
・・・高圧電源、37・・・バイアス抵抗、40・・・
高抵抗部材。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第 1 口 偽2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電子銃から放射された電子ビームを整形し、この整形ビ
    ームを試料上に照射して該試料に所望ノリーンを露光す
    る電子ビーム露光装置において、前記電子銃は、先端が
    千面若己<は球面のLaB  カソードと、このカソー
    ドカ・ら放出される熱電子を加速するアノ1−ドと、上
    呂己カソードとアノードとの間に配設されビーム電流の
    宙IJ御に供される少なくとも2つのウェネルト電極と
    から構成され、かつ上記ウェネルト電極の各ノ々イアス
    電圧の設定によシ上記カソード先端近傍の電位分布を、
    矩形状に制御されるものであるととを特徴とする電子ビ
    ーム露光装置。
JP2720283A 1983-02-21 1983-02-21 電子ビ−ム露光装置 Pending JPS59152622A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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