TW200836228A - Electron gun and electron beam exposure device - Google Patents

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200836228 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域3 發明領域 本發明係有關於一種在半導體裝置製造之微影程序使 5用之電子搶、包含有該電子槍之電子束曝光裝置。 發明背景 近年來’在電子束曝光裝置方面，為謀求生產量之提 高，光罩備有可變矩形開口或複數光罩圖形，藉電子束偏 10轉選擇該等，曝光轉移至晶圓。使用此種複數光罩圖形之 曝光方法之一係提出將部份批次曝光之電子束曝光裝置。 在部份批次曝光中，如下進行，以將圖形轉移至試料面。 即’對從配置於光罩上之複數個圖形以電子束偏轉選出之 1個圖形區域照射電子束，而將電子束截面成形成圖形之形 15狀。進一步，將通過光罩之電子束以後段之偏轉器偏轉轉 向後，以電子光學系統縮小成所規定之一定縮小率，轉移 至試料面。 在此種曝光裝置中，增大亮度對提高產率而言為重 要。由於藉提高亮度，可在不破壞電流密度下，縮小開角， 20故可期待藉減低收差，提高解析度，對精細之圖形特別有 效。習知之電子束曝光裝置使用以六硼化鑭①沾6)為材料之 熱陰極。高度為10A/cm2/sr/V左右，而從上述觀點，則需要 2倍以上之亮度。 提高角電流密度之手段提出將以队等電子放射陰極前 5 200836228 端配置於控制電極與提取電極間，使電子放射陰極在溫度 限制區域下動作（專利文獻丨）。根據本方法，轴上之電流密 度增大’另一方面，由於電子放射陰極側面部位於控制電 極外側’故無法抑制來自該處之電子放射，結果有剩餘電 5 流增大之問題。 ^ 專利文獻1 :曰本專利公開公報2001-325910號 C 日月内】 發明揭示 本發明即是鑑於此種習知技術之課題而發明者，其目 1〇的在於提供一種提高亮度之電子槍及藉使用該電子槍，提 南生產量之電子束曝光裝置。 上述課題可藉一種電子槍解決，此電子搶係由六硼化 鑭(LaBd或六硼化鈽心叫形成之電子源、抑制電極及加速 電極構成者，其特徵在於：前述電子源之前端部配置於前 15述抑制電極與前述加速電極間，且前述電子源具有電子放 身i區域及電子放射限制區域，而前述電子放射限制區域係 前述電子源前端部之電子放射面以外之該電子源側面，且 被碳包覆。 ^ 在此形態之電子槍中，前述電子源之前端部由直徑為 20 l〇Mm〜ΙΟΟμηι之圓柱形狀形成。前述電子源包含由直徑 ΙΟμηι〜ΙΟΟμηι之圓柱形狀形成之前端部、具有上面及較上面 面積大之底面且具有錐形側面的中間部、由垂直於轴方向 之截面部之最大長度較前述前端部直徑長且為2mm以下之 圓柱或角柱形狀構成的本體部，又，前述中間部上面及與 6 200836228 前述前端部之電子放射面相對之端面為同一面，且前述中 間部之底面與前述本體部之端面為同一面，並且前述前端 部、前述中間部及前述本體部之中心軸相同且構成為一 體。又，前述電子源之前端部可從前述抑制電極上面突出 5 2.5mm以上，且電子源前端與加速電極之距離配置為5mm • 以下。 在本發明中，電子源由本體部及具電子放射面之前端 部構成。電子放射面之直徑為ΙΟμηι〜100/mi，而縮小電子放 射面之面積。藉此，可增強電場強度，易進行電子放射。 10 於電子源之前端部圓柱形狀之部份與本體部間設置錐 形部份。藉令電子源為此種結構，可儘量增長放射電子之 圓柱形狀之部份，抑制電場強度之減低，而可提高機械強 度。 又，在上述形態之電子搶中，前述電子源之前端部從 15 前述電極上面突出2.5mm以上，電子源前端與加速電極之 距離配置為5mm以下，藉此，可抑制剩餘電流，且可使來 自受限之電子放射面之電子放射亮度為習知2倍。 圖式簡單說明 第1圖係本發明電子束曝光裝置之結構圖。 • 20 第2圖係本發明電子搶之結構圖。 第3圖係第2圖之電子源及電極之結構圖。 第4(a)圖係顯示在第3圖之電子槍之電子源及電極結構 中，變更電子源從抑制電極突出之量時之亮度變化者。第 4(b)圖係顯示在第3圖之電子槍之電子源及電極結構中，變 7 200836228 更訂源前端部及加速電極之間隔時之亮度變化者。 第5⑻（C)圖係顯示電子源之前端部形狀的圖。 【實施方式】 用以實施發明之最佳形態 5 以下’翏照圖式，就本發明之實施形態作說明。 /先，就電子束曝光裝置之結構作說明。其次，就電 子搶之結作說明，就電子搶中為本發明特徵部份之電子源 之結構作說明。接著，就於電子源表面形成限制電子放射 之區域之方法作5兒明。最後，就使用本實施形態之電子槍 10 時之效果作說明。 (電子光曝光裝置之結構） 於第1圖顯示本實施形態之電子束曝光I置之結構圖。 此電子束曝光裝置大致分為電子光學系統柱丨⑻及控 制電子光學系統柱100之各部之控制部2〇〇。當中，電子光 15學系統柱100以電子束生成部130、光罩偏轉部140及基板偏 轉部150構成’將其真空部份内部減壓。 在電子束生成部130中，從電子槍1〇1生成之電子束 EB以第1電磁透鏡1〇2接收收斂作用後，穿透電子束整形 用光罩103之矩形開口 l〇3a，將電子束EB之截面整形成矩 20 形。 之後，電子光束EB藉光罩偏轉部14〇之第2電磁透鏡 105於光罩110上成像。然後，電子束EB藉第}、第2靜電偏 轉器104、106偏轉至形成於光罩110之特定圖形Si，其截面 形狀整形成圖形Si之形狀。 8 200836228 此外，曝光光罩110固定於光罩平台123，此光罩平台 123可在水平面内移動，當使用位於超過第丨、第2靜電偏轉 器104、106之偏轉範圍（電子束偏轉區域）之部份之圖形s 時，藉移動光罩平台123，使圖形S於電子束偏轉區域内移 5 動〇 配置於曝光光罩110上下之第3、第4電磁透鏡1〇8、U1 具有藉調整該等電流量，使電子束EB在基板w上成像之作 用。 通過曝光光罩110之電子束EB藉第3、第4靜電偏轉器 ίο 112、113之偏轉作用，轉回至光軸c後，藉第5電磁透鏡114 縮小其尺寸。 於光罩偏轉部140設置第1、第2修正線圈1〇7、109，藉 該等修正在第1〜第4靜電偏轉器1〇4、106112、113產生之電 子束偏轉像差。 15 之後，電子束EB通過構成基板偏轉部150之遮蔽板115 之開口 115a，藉第1、第2投影用電磁透鏡116、121投影於 基板W上。藉此，曝光光罩11〇之圖形之像以預定縮小率、 例如1A0之縮小率轉移至基板W。 於基板偏轉部150設置第5靜電偏轉器119及電磁偏轉 20裔120 ’藉該等偏轉器119、120，將電子束EB偏轉，而將曝 光光罩之圖形之像投影至基板W之預定位置。 於基板偏轉部150設置用以修正基板w上之電子束Eb 之偏轉像差之第3、第4修正線圈117、118。 基板W固定於可藉馬達等驅動部125於水平方向移動 9 200836228 之晶圓平台124，藉使晶圓台124移動，可於基板W全面進 行曝光。 5 10 15 另一方面，控制部200具有電子槍控制部202、電子光 學系統控制部203、光罩偏轉控制部204、光罩平台控制部 205、遮沒控制部206、基板偏轉控制部2〇7及晶圓平台控制 部208。在該等當中，電子搶控制部2〇2控制電子槍1〇1，以 控制電子搶EB之加速電壓及電子束放射條件等。電子光學 系統控制部203控制對電磁透鏡1〇2、1〇5、1〇8、111、114、 116及121之電流量等，以調節構成該等電磁透鏡之電子光 學系統之位率及焦點位置等。遮沒控制部2〇6藉控制對遮沒 電極127之施加電壓，使從曝光開始前產生之電子束eb偏轉 至遮蔽板115上，以防止曝光前將電子束射至基板上。 基板偏轉控制部207藉控制對第5靜電偏轉器119之施 加電壓及對電磁偏轉器12()之電流量，使電子束邱偏轉至基 板w之預定位置上。晶圓平台控制部2〇8調節驅動部125之 驅動S，使基板W移動至水平方向，以將電子束EB照射至 基板W之預期㈣。上述各部搬〜期藉工作站等統合控制 系統201統合控制。 (電子搶之結構） 於第2圖顯示電子搶皿之結構圖。電子搶101具有電子 源20、破製電子源力，用發頻22、切具23、抑制電極 24、加速電極21。電子源使用單結晶之Lah或CeB6。 在如此構叙電子搶1G1巾，好搶控制部繼將電子 源加熱用電流施加至電子源加熱用發熱體22，持續將電子 200836228 源20加熱， ，以將電子源20保持在一 一定溫度之狀態，於雷工

加上-50kV之值。

施加強電場，以放射電子。 ’ 一面將電子源20加熱，一面 因此，可防止氣體分子吸附於 電子源20表面’可防止電子束之亮度之降低。 又電子源之如端部從抑制電極上面突出2.5mm，電 子源别纟而與加速電極之距離配置在5111111以下時，可更增大 亮度，故較佳。 15 (電子源之結構） 以下’就在本實施形態使用之電子源2〇之結構作說明。 第3圖係顯示構成電子搶1〇1之電子源2〇之部份及電極 之截面圖。 電子源20之前端配置成位在抑制電極24與加速電極21 20間。於抑制電極24進行對電子源20施加零或負電壓，以發 揮遮蔽從電子源20前端以外之部份放射之電子的作用。 電子源20之前端部形成圓柱狀，周圍以碳30包覆。此 碳30以CVD法形成於電子源2〇上表面。電子源20之前端露 出電子源20之材料，露出部份平坦化(2〇a)。放射電子之面 11 200836228 宜為從直徑10/mi〜ΙΟΟμχη，通常以40/xm為佳。 包覆電子源20周圍之碳之厚度以5μιη為佳。此包覆之 碳30由於功函數較在電子源20使用之LaB6或CeB6大，故可 抑制來自電子放射面以下之電子放射。 5 接著，就電子源20與抑制電極24及加速電極21之位置 關係作說明。 . 第4圖係顯示第3圖所示之電子源20前端部從抑制電極 24突出之量（xl)及電子源2〇前端部與加速電極21間之間隔 (x2)變更之亮度。兩者之固定條件皆係令抑制電極孔直徑為 10 2.5mm，電子源前端之電子放射面直徑為〇 〇8mm，加速電 極21孔直徑為2mm，電子源20對加速電極21之電位為 +50kV。電子源2〇使用LaB6單結晶。 第4(a)圖係將電子源2〇與加速電極21之間隔(χ2)固定 為5mm之結果，可知令突出量（xl)為2_5mm以上，可將亮度 15 達成為習知2倍之20A/cm2/s:r/V。第4(b)圖係顯示將電子源 20前端部與抑制電極24之間隔(xl)固定為2.5mm，改變電子 源20前端部與加速電極21之間隔時之亮度者。從第4(b)圖可 知’令突出量（xl)固定為2.5mm之結果，令電子源20前端部 與加速電極21之間隔(x2)為5mm以下，可使亮度為習知之2 2〇 倍以上。 接著，就電子源20之形狀作說明。 如上述，電子源20之前端部為圓柱狀，與電子放射面 同等之直經部份需達某程度，為賦與強度，而檢討了第5圖 所示之形狀。 12 200836228 第5(a)圖係電子源形狀之一例。如第5(a)圖所示，電子 源以本體部52及前端部51構成。前端部51呈直徑為 ΙΟμιη〜ΙΟΟμιη之圓柱形狀，本體部52呈垂直於軸方向之最大 長度較前端部之直徑長且為2mm以下之圓柱或角柱形狀。 5又，本體部52與前端部51中心軸相同，且構成為一體。 第5(b)圖係另一電子源形狀之一例。如第5(b)圖所示， 電子源以前端部53a、圓錐台部53b、本體部54b構成。電子 源之前端部53a呈直徑為ΙΟμηι〜1〇〇μηι之圓柱形狀。令圓錐 台53b之上面與相對於前端部53a之電子放射面之端面為同 10 —面。本體部54呈垂直於軸方向之截面度之最大長度較前 端部53a之直徑長且為2mm以下之圓柱或角柱形狀，圓錐台 部53b之底面與本體部54之端面為同一面。前端部53a、圓 錐台部53b及本體部54之中心軸相同，且構成為一體。 第5(c)圖係又另一電子源之形狀之一例。如第5(c)圖所 15 示，電子源以前端部55a、中間部55b及本體部56構成。電 子源之前端部55a呈直徑為1〇μηι〜ΙΟΟμιη之圓柱形狀。中間 部55b具有上面及較上面面積大之底面，具有錐狀之側面。 此中間部55b之側面往上面逐漸變窄，中間部55b之上面及 與前端部55a之電子放射面相對之端面為同一面。本體部56 2〇 呈垂直於軸方向之截面度之最大長度較前端部55a之直徑 長且為2mm以下之圓柱或角柱形狀，中間部55b之底面與本 體部56之端面為同一面。前端部55a、中間部55b及本體部 56之中心軸相同，且構成為一體。 在第5(c)圖之構造中，應用第5(b)圖之圓錐台53b，使 13 200836228 側面從本體部56往前端部55a逐漸變窄。 如此’在本實施形態中，電子源由本體部及具電子放 射面之前端部構成。電子放射面之直徑，而 縮小電子放射面之面積。藉此，可增強電場強度，易進行 5 電子放射。 在第5(c)圖所說明之電子源中，於電子源之前端部圓柱 形狀部份與本體部間設置錐狀之部份。藉使電子源為此種 結構，可儘量增長放射電子之圓柱形狀之部份，抑制電場 強度之減低’而可提高機械強度。 10 關於使用第5圖說明之電子源亦與第3圖之電子源同樣 地，電子放射面以外之面以與電子源之材料(LaB6或CeB6) 不同之材料(碳）覆蓋。 (於電子源表面形成限制電子放射之區域之方法） 接著’就於電子源20形成限制上述電子放射之區域之 15 方法作說明。 在此，就以第3圖所示之構造之電子源為例，使用LaB6 之單結晶作為電子源20之情形作說明。 首先’將LaB6單結晶加工成前端為直徑呈1〇〜之 圓柱狀。 2〇 接者’為形成限制電子放射之區域，將破30塗布於LaB6 單結晶之表面。此塗布可為CVD法、真空蒸鍍法、濺鍍法 等任一方法。此時，塗布之膜厚度只要為足以改變電子放 射表面之功函數（大於LaB6)及防止LaB6材料蒸發之厚度即 可。此外，使用碳時，考慮碳與氧反應，形成〇〇2而蒸發， 200836228 石反之厚度宜為2/xm〜ΙΟμιη。 接著，將電子源20之前端部與所塗布之膜一同研磨。 (效果） 如以上所說明，在本實施形態中，由於可對電子源2〇 路出之别端部份賦與大電場，故可從電子放射面達成高亮 度之電子放射，藉將本電子搶用於電子束曝光裝置，可實 現向生產量。 由於可在不破壞電流密度下，縮小開角，故可藉減低 像差，提高解析度，對精細之圖形特別有效。 10 由於可完全抑制來自電子源侧面之電子放射，故可抑 制電極部周邊之電子線照射造成之脫氣，而可避免真空惡 化之問題。 由於事實上LaB6之露出表面僅為電子槍前端中心部， 故可抑制電子源20之蒸發，防止構成電子源20之LaB64 15 CeB6之物質附著於抑制電極之裡面。若該等物質附著於抑 制電極之裡面時，此附著物成為晶鬚，有形成微小放電之 觸發之可能性。此時，使用電子束曝光裝置時，產生電子 束之量與照射位置不穩定之現象。因而，即使電子槍101之 電子源20之變形小，形成產生微小放電之狀態時，仍無法 20 穩定使用電子束曝光裝置。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明電子束曝光裝置之結構圖。 第2圖係本發明電子搶之結構圖。 第3圖係第2圖之電子源及電極之結構圖。 15 200836228 第4(a)圖係顯示在第3圖之電子槍之電子源及電極結構 中，變更電子源從抑制電極突出之量時之亮度變化者。第 4(b)圖係顯示在第3圖之電子槍之電子源及電極結構中，變 更電子源前端部及加速電極之間隔時之亮度變化者。 5 第5(a)〜(c)圖係顯示電子源之前端部形狀的截面圖。 【主要元件符號說明】 20...電子源 108…第3電磁透鏡 20a...平坦部份 109…第2修正線圈 21…加速電極 110...曝光光罩 22...電子源加熱用發熱體 111…第4電磁透鏡 23···支撐具 112…第3靜電偏轉器 24…抑制電極 113…第4靜電偏轉器 30...碳 114…第5電磁透鏡 100…電子光學系統柱 115".遮蔽板 101...電子搶 115a".開口 102…第1電磁透鏡 116…第1投影用電磁透鏡 103…電子束整形用光罩 117…第3修正線圈 103a...矩形開口 118...第4修正線圈 104...第1靜電偏轉器 119...第5靜電偏轉器 105…第2電磁透鏡 120…電磁偏轉 106...第2靜電偏轉器 121.··第2投影用電磁透鏡 107...第1修正線圈 123...光罩平台 16 200836228 124...晶圓平台 204...光罩偏轉控制部 130...電子束生成部 205...光罩平台控制部 140…光罩偏轉部 206...遮沒控制部 150···紐偏轉部 207…基板偏轉控制部 200...控制部 208...晶圓平台控制部 201...統合控制系統 EB...電子束 202...電子槍控制部 W…紐 203...電子光學系統控制部 C.··光轴 17

Claims (1)

1. 200836228 十、申請專利範圍： h 種電子搶，係以由六硼化鑭(LaB6)或六硼化鈽（CeB6) 形成之電子源、抑制電極及加速電極構成者，其特徵在 於· W述電子源之前端部配置於前述抑制電極與前述加 速包極間，且前述電子源具有電子放射區域及電子放射 限制區域，而前述電子放射限制區域係前述電子源前端 邛之電子放射面以外之該電子源側面，且被碳包覆。 2·如申請專利範圍第1項之電子搶，其中前述電子源之前 由直徑10Μπι〜ΙΟΟμχη之圓柱形狀形成。 3·如申請專利範圍第丨項之電子槍，其巾前述電子源包含 由直徑ΙΟμιη〜l〇〇Mm之圓柱形狀形成之前端部、具有上 面及較上面面積大之底面且具有錐形側面的中間部、由 垂直於轴方向之截面部之最大長度較前述前端部直徑 長且為2mm以下之圓柱或角柱形狀構成的本體部，又， 月述中間部上面及與前述前端部之電子放射面相對之 端面為同一面，且前述中間部之底面與前述本體部之端 面為同一面，並且前述前端部、前述中間部及前述本體 部之中心軸相同且構成為一體。 ^ ^申請專·圍第⑴射任—項之電子搶，其中前述 包子源之刖端部從前述抑制電極上面突出2.5mm以上， .%子源鈾、與加速電極之距離配置為以下。 •種電子束曝光裝置，係包含申請專利範圍第4項之電 子搶者。 18