電子ビーム照明装置、および該照明装置を用いた電子ビーム露光装置
【課題】 ビームの位置精度の劣化や遮蔽電極の溶融の問題を解消し、スループットの向上や装置コストの低減が期待できる電子ビーム照明装置及びそれを備えた電子ビーム露光装置を提供する。
【解決手段】 電子源の電子放出表面には電子放射効率の異なる照射有効領域２と照射制限領域１が形成されている。照明有効領域２は電子ビーム露光法において、露光に寄与する有効な電子放射領域であり、照射制限領域１は露光には直接寄与せず、制限されていなければ電子銃またはカラム内のアパーチャ電極で遮蔽される電子ビームを放射する領域である。
【解決手段】 電子源の電子放出表面には電子放射効率の異なる照射有効領域２と照射制限領域１が形成されている。照明有効領域２は電子ビーム露光法において、露光に寄与する有効な電子放射領域であり、照射制限領域１は露光には直接寄与せず、制限されていなければ電子銃またはカラム内のアパーチャ電極で遮蔽される電子ビームを放射する領域である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造のリソグラフィ工程において用いられる電子ビーム照明装置、および該照明装置を備えた電子ビーム露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリデバイス製造の量産段階においては、高い生産性を持つ光ステッパが用いられてきたが、線幅が０．２μｍ以下の１Ｇ、４ＧＤＲＡＭ以降のメモリデバイスの生産においては、光露光方式に代わる露光技術の１つとして、解像度が高い電子ビーム露光法が期待されている。
【０００３】
従来の電子ビーム露光法は、単一ビームのガウシアン方式と可変成形方式とが中心であった。これら電子ビーム露光方法は、生産性が低いことから、マスク描画や超ＬＳＩの研究開発、少量生産のＡＳＩＣデバイスの露光等に用いられてきた。
【０００４】
この様に、電子ビーム露光法の量産化への課題は、生産性を如何に向上させるかであったが、近年、この課題解決の１つの方法として、部分一括転写方式が提案されている。これら可変形成方式又は、部分一括転写方式の露光装置は図８の（ａ）に示すように、電子源７ｂとウエネルト電極８と接地電極９とアパーチャ１０ａを備える電子銃２０および、偏向器１３、照明レンズ１１ａ，１１ｂ、アパーチャ１０ｂ（又は電子ビームマスク１５）で構成する照明装置２１と、電子ビームマスク１５を通った電子ビームを偏向器１４を経てステージ１７上のウエハ１６に投影する投影レンズ１２を備える投影レンズ系２２とを有する。特に部分一括転写方式の露光装置は、メモリ回路パターンの繰り返し部分を数μｍ領域にセル化することで、露光のショット回数を低減できることから、描画の生産性を向上することが出来る。
【０００５】
一方、露光装置の生産性と同時に露光線幅精度の確保は、露光装置として実用上重要な要素であることから、露光領域の照射強度の一様性は、全露光領域において、０．５％以下にすることが要求されている。この一様性の高い照射電子ビームを得るためには、電子銃から放射する数１０ｍｒａｄの電子ビームの中から、特性の良い数ｍｒａｄの開き角の領域の電子ビームをアパーチャ１０ｂで遮蔽することにより、照射ビームとして取り出していた（図８の（ｂ）参照）。
【０００６】
近年、生産性の更なる向上のために、露光領域を更に大きくする方式が提案されている。例えば、電子ビーム散乱マスクを用いた電子ビーム転写方法：SCALPEL（S.D.Berger et. al. "Projection electron beam lithography: A new approach." J. Vac. Sci. Technology B9, 2996, (1991)）は、高速電子ビーム露光の一つの露光方法である。この方式は、従来の可変成形方式やセル露光方式に比べて露光面積が２５００倍以上も大きいことから、クーロン効果による電子−電子相互作用の影響を低減できるため、照射電子ビーム電流を従来露光方法に比べて１桁以上高くして露光することが可能であり、高い生産性が期待できる。しかし、この電子ビーム露光方法は、広い露光領域において一様性の高い照射強度が要求される。また、照射電流の増大に伴い、電子源から発生した電子ビームを電子銃とカラム内のアパーチャで遮蔽する電子ビーム量が増大することとなった。
【０００７】
一方、円弧ビームを用いた電子ビームマスク転写装置（特許出願平成８年２８３８１４号参照）においては、露光領域の幅は数ｍｍであり、前記転写露光（SCALPEL）に比べ約６倍以上大きくできることから、マスクとウエハの走査露光により高速露光が可能であるが、広い領域を一様に照明するために、電子銃から放射した電子ビームの周辺ビームの一部がリング状または円弧状ビームとして露光の照射用ビームに用いられていた。特に、電子銃から一様に放射する電子ビームを用いた場合、放射電子ビームの利用効率が、１／１０００程度となり、発生電子ビームのほとんどの電子ビームを電子銃とカラム内のアパーチャで遮蔽すると言った問題が生じていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の露光方式では、照射ビームが少なく、電子銃やカラム内の途中のアパーチャ電極で電子を遮蔽していても問題にならなかったが、前記生産性の高い露光方式では、ウエハ上の照射ビーム電流が数１０μＡと従来露光方法に比べて１桁以上大きな電流で露光することになり、アパーチャ電極で遮蔽する電子電流は数ｍＡと大きな値となった。
【０００９】
そのため、従来の、放射電子ビームを途中のビーム遮蔽電極で遮蔽する方法では、遮蔽電極の温度上昇・電極の溶解問題が発生するだけでなく、カラム内温度の上昇や遮蔽した電子の散乱によるカラム内のチャージアップ現象が、露光性能で重要なビームの位置精度の劣化原因に繋がることから、照射電流を大きくしてスループットを改善することが難しかった。更に、電子発生装置電源負荷が従来の電子発生装置と比べて大きくなることで、電源の高安定化や低価格化を難しくしていた。
【００１０】
本発明の目的は、熱電子源からの電子ビームを成形するアパーチャで遮蔽される電子ビームを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、電子放出面から電子を発生し、該電子を加速する電子銃を備え照射領域に照射する電子ビーム照明装置において、前記電子銃は熱電子源を有し、該電子源の電子放出面は、前記照射領域に対応した照射有効領域と照射制限領域とから成り、且つ、該照射有効領域と照射制限領域の表面は、電子放出効率の異なる材料からなることを特徴とする。
【００１２】
具体的な電子放出面の表面材料の構成としては、前記電子放出面において、電子放出効率の差が仕事関数の差であり、前記照射制限領域の仕事関数が、前記照射有効領域の仕事関数より、１．０ｅＶ以上大きいことを特徴とした。また、前記照射有効領域が電子放出効率の高い硼化ランタンであり、前記照射制限領域が、前記照射有効領域の材料と高温で反応することのない、炭素またはそれを含んだ材料からなることを特徴とした。さらに、前記電子放出面の照射有効領域と照射制限領域が共に高融点金属からなり、照射有効領域の材料が、単原子層陰極材料からなり、照射制限領域が、Ｗ、またはＰｔ、Ｐｄからなることを特徴とした。
【００１３】
上記のような照射制限領域を持つ電子放出面の形成方法としては、前記照射制限領域の表面材料を、蒸着、イオンビームスパッタ、イオンプレーティング、またはイオン注入の手段によって形成することで、前記照射制限領域の表面が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記のような電子ビーム照明装置の熱電子源の電子放出面形状としては、前記電子放出面が平面形状であって、表面の周囲に前記照射制限領域を配置した形状であることを特徴とした。これは面状露光領域による電子ビーム露光装置に好適である。
【００１５】
また、露光領域が円弧状である露光方式においては、前記電子放出面が平面形状であって、表面に前記照射有効領域をリング状、または部分円弧に形成した形状であることを特徴とするものや、前記電子放出面が凹形状であって、最表面に前記照射有効領域をリング状、または円弧状に備え、その照射有効領域の周囲に前記照射制限領域を備えた形状であることを特徴とするものや、前記電子放出面が凸または凹の曲面形状であって、表面に前記照射有効領域をリング状、または円弧状に備え、その照射有効領域の周囲に前記照射制限領域を備えた形状であるものが好ましい。
【００１６】
また、露光領域の縦横比が異なる露光方式においては、前記電子放出面が平面形状であって、表面に前記照射有効領域を直線に形成した形状であることを特徴とするものが好ましい。
【００１７】
さらに、電子ビームをマルチ化して複数の露光領域を同時に露光する露光方式に対しては、前記電子放出面に前記照射有効領域が離散的に配置されたことを特徴とするものが好ましい。
【００１８】
（作用）上記のとおりの発明では、電子銃の熱電子源の電子放出面に電子放出効率の異なる照射有効領域と照射制限領域を設け、照射有効領域を露光に寄与する有効な電子放射領域とし、照射制限領域を、露光には直接寄与せず、制限されていなければ電子銃またはカラム内のアパーチャ電極で遮蔽される電子ビームを放射する領域とした。これにより、放射電子の照射利用効率を上げることができる。さらに、カラム内のアパーチャ電極に照射される電子ビーム量が大幅に低減するので、電子ビーム照射によるカラム内温度上昇、カラム内のチャージアップ、アパーチャの溶融等の問題を解決することが出来る。また、必要なビームだけをカラム内に取り出すことで、電子−電子相互作用によるビーム解像性能の劣化を防ぐことが出来る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、熱電子源からの電子ビームを成形するアパーチャで遮蔽される電子ビームを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態による電子ビーム照明装置の、電子放出表面に照射有効領域と照射制限領域を備えた電子源の形状を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態による電子ビーム照明装置の電子源の電子放出表面に照射制限領域を形成するための製法例を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態による電子ビーム照明装置の電子源を露光方式に適用したときの電子銃特性を説明するための図であり、（ａ）は電子源の電子放出表面から放出した電子の軌道を模式的に示し、図１の（ａ）で示した電子源を適用した時の電子銃特性を示している。
【図４】本発明の実施の形態による面状電子ビームを照射する電子ビーム照明装置を備えた電子ビームマスク転写露光装置の例を示した図である。
【図５】図１の（ｂ）に示すようなリング状の照射有効領域を電子放出面に形成した電子源を電子銃に用いたときの角度分布特性を示す図である。
【図６】図１の（ｅ）に示すようなリング状の照射有効領域を凹形状の電子放出面に形成した電子源を電子銃に用いたときの角度分布特性を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態による円弧状電子ビームを照射する電子ビーム照明装置を備えた電子ビームマスク転写露光装置の例を示した図である。
【図８】従来の電子ビーム露光装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の電子ビーム照明装置について具体的に説明する。
【００２２】
（原理説明）
まず、電子ビーム照明原理を一例を挙げて説明する。
【００２３】
電子源の電子放出表面から放射した電子ビームは、電子銃で加速、集束され、クロスオーバを形成する（後に説明する図３（ａ）参照）。電子ビーム露光装置では、このクロスオーバから発散する電子ビームのある角度成分をウエハ上の照射領域に照射する照射電子ビームとして取り出している。電子源の電子放出表面の位置とクロスオーバから発散するビームの角度成分とは略対応していることから、露光に寄与する照射電子ビームを、熱電子源の電子放出表面位置と対応付けることが出来る。
【００２４】
そこで、電子放出表面において、露光に寄与する有効な電子放射領域を電子放出表面の照射有効領域とし、また、露光には直接寄与せず、制限されていなければ電子銃またはカラム内のアパーチャ電極で遮蔽される電子ビームを放射する領域を照射制限領域とした。そして電子放出表面の前記照射有効領域と照射制限領域とに電子放射効率の差を設けることによって、放射電子の照射利用効率を上げることが出来る。
【００２５】
具体的には、熱電子放出表面の仕事関数に差を設けることによって、前記照射有効領域と照射制限領域の電子発生効率に差を設けることとした。
【００２６】
熱電子源からの放射する電子の電流密度は、Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎの式で導かれる。
【００２７】
［数１］
Ｊ＝ＡＴ2ｅｘｐ（−Ｗ／ｋＴ）
Ｊ：電流密度Ａ：Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎの式の定数Ｔ：熱カソードの絶対温度Ｗ：カソード表面の仕事関数ｋ：Ｂｏｌｔｚｍａｎ定数そこで、電子放射表面において、電子放射効率の高い照射有効領域の仕事関数をＷａ、その効率の低い照射制限領域の仕事関数をＷｂとすると、両領域の仕事関数の差は、
【００２８】
［数２］
ΔＷ＝Ｗｂ−Ｗａ両領域の電子放出効率の比Ｒは、
【００２９】
［数３］
Ｒ＝Ｊb／Ｊa＝ｅｘｐ（−ΔＷ）
で示すことが出来る。
【００３０】
一例として、電子放出表面の照射有効領域に電子放出効率の高い材料として硼化化合物（ここでは、ＬａＢ6 を例とした）を用い、放射制限領域に電子放射効率の低い材料として炭素を用いた場合、それぞれの仕事関数は、ＬａＢ6 （硼化ランタン）が、略２．７ｅＶ、炭素が、略４．７ｅＶであることから、両領域の仕事関数の差は、
【００３１】
［数４］
ΔＷ＝（ＷC−ＷLaB6）＝２．０ｅＶ
両領域の電子放出効率の比は、
【００３２】
［数５］
Ｒ＝ＪC／ＪLaB6＝０．１４
となり、照射有効領域と照射制限領域の電子放出効率に有効な差をつけることが出来る。しかも、炭素は、ＬａＢ6 に対して高温でも反応しない、安定な材料であることから、熱的安定性の高い装置が提供できる。
【００３３】
さらに他の例として、高融点金属を熱電子源とした場合について示す。特に、ここでは、電子放射面の照射有効領域の材料に単原子層陰極材料として代表されるＴｈ-Ｗを、また照射制限領域の表面材料に炭素を用いた場合、Ｔｈ-Ｗの仕事関数は、２．６３ｅＶであり、両領域の仕事関数の差は、
【００３４】
［数６］
ΔＷ＝（ＷC−ＷTh-W）＝１．４ｅＶ
両領域の電子放出効率の比は、
【００３５】
［数７］
Ｒ＝ＪC／ＪTh-W＝０．０７
となり、高融点金属材料を熱電子源とした場合でも有効であることが分かる。
【００３６】
また、Ｔｈ-Ｗ（仕事関数２．６３ｅＶ）とＷ（仕事関数４．５ｅＶ）の高融点材料を照射有効領域と照射制限領域材料にそれぞれ適用しても、ΔＷが１．８７ｅＶであるので有効な組合わせである。単原子層陰極の他の組合わせとして、前記Ｔｈ-Ｗ以外の材料、例えばＺｒ-Ｗ（仕事関数３．１４ｅＶ）、Ｔｈ-Ｗ2Ｃ（仕事関数２．１８ｅＶ）、Ｃｓ-Ｗ（仕事関数１．４ｅＶ）、Ｂａ-Ｗ（仕事関数１．６３ｅＶ）などを用いることができる。
【００３７】
また、Ｗの代わりに、Ｐｔ（仕事関数５．３ｅＶ）やＰｄ（仕事関数４．８ｅＶ）の高融点材料を用いることも出来る。
【００３８】
つまり、電子放出効率の比を０．４以下にするには、電子放出表面の仕事関数の差ΔＷを１．０ｅＶ以上大きく設定すれば良いことが分かる。
【００３９】
（実施の形態）
次に、電子ビーム露光方式の露光領域に適合した本発明による電子放出表面の構造と、その特性、および適用装置例について図面を用いて説明する。
【００４０】
図１は、電子ビーム露光方法に合わせて、電子放出表面に照射有効領域と照射制限領域を備えた電子源の形状を示した図であり、図１の（ａ）〜（ｄ）と（ｈ）は、平面からなる電子放出表面に照射制限領域１を形成した例を示している。また、図１の（ｅ）〜（ｇ）は電子放出表面を加工して凹面、および曲面形状を形成した例を示す。これらの図に示す様々な形状の照射制限領域１を除いた照射有効領域２の形状は図１の（ａ）では平面内円形、（ｂ）では平面内リング状、（ｃ）では平面内直線状、（ｄ）では平面内複線状、（ｅ）では凹面上内リング状、（ｆ）では凸曲面内リング状、（ｇ）では凹曲面内リング状、（ｈ）では平面内多点状となっている。
【００４１】
このように様々な電子放出面形状の電子源の中で、面状ビームを露光ビームとする露光法では、図１の（ａ）に示すものが適している。また、図１の（ｂ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）に示したリング状の照射有効領域２を持つ電子源は、円弧状ビームを用いた露光法に適している。ライン状の照射有効領域２を持つ図１の（ｃ）における電子源は、露光領域の縦横比が異なる露光法に適している。さらに、電子ビームをマルチ化して複数の露光領域を同時に露光する露光方法に対しては、照射有効領域２を離散的に配置した図１の（ｄ），（ｈ）の電子源が適当である。
【００４２】
図２は、前記電子放出表面に照射制限領域を形成するための製法例を説明する図で、ここでは図１の（ｂ）に示した電子源の照射制限領域を形成する場合を示す。電子源の照射有効領域の材料として、表面サイズが０．５〜２ｍｍφのＬａＢ6 単結晶（１００）を用いている。照射制限領域は、図２の（ａ）〜（ｅ）に示すように、半導体プロセスと類似した方法で形成することが出来る。つまり、ＬａＢ6 単結晶３の表面にレジスト４を塗布し、所望する照射制限領域の形状にパターンニングした後、レジストが除去されたＬａＢ6３表面とレジストパターン部５上に低電子放出効率材料をコーティングし、その後、レジストパターン部５を剥離する。
【００４３】
特に図２の（ｄ）に示した工程では、照射制限領域の形成として、炭素を電子放出表面にコーティングしている。電子源の表面材料の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法の何れの方法でも良い。また、コーティング膜の厚さは、電子放出表面の仕事関数を変えることが目的であることから、極めて薄くてよく、例えば、数ｎｍから数十ｎｍの厚さで十分な特性を得ることが出来る。この厚さは、電子源の電子放出表面に形成される静電界の分布を乱すことがないため、放出電子の電子軌道が影響されることはない。
【００４４】
また、別の表面形成方法として、約６０ｋｅＶの低エネルギーの炭素イオンをＬａＢ6 表面に注入することで、仕事関数を上げることが出来る。このイオン注入による電子放出表面の改質手法は、特に表面状態が安定しているため、前記表面形成方法の中でも、特に安定で高寿命特性が得られることと、照射有効領域と照射制限領域の境界に段差が生じないため、放出電子の電子軌道にその境界が影響することはない。
【００４５】
図３は、前記電子源を露光方式に適用したときの電子銃特性を説明するための図である。図３の（ａ）は、電子源の電子放出表面から放出した電子の軌道を模式的に示している。電子源７ａは面状電子源であり、表面から放出された電子は、電子銃２０を構成するウエネルト電極８や接地電極９等によって加速、集束され、クロスオーバＣＯを形成すると同時にある放射角をもって電子銃２０より放射する。その後、電子ビーム露光に使用する照射ビームは、放射電子ビームの中から均一性の高い領域を得るために電子銃とカラム内のアパーチャ電極で遮蔽して形成される。
【００４６】
図３の（ｂ）は面状露光のための電子源として、図１の（ａ）で示したものを用いた時の電子銃特性を示している。面状露光に用いる電子放射ビームは、露光領域の電子ビーム照射強度の一様性を上げるために、中心軸から数ｍｒａｄの特性の良い放射電子ビームを用いている。従来の照射制限領域を持たない場合の放射電子の角度分布特性は図３の（ｂ）中に点線で示されている。これは、２分の１の強度分布を持つ放射半角が、約５０ｍｒａｄの開き角を持っている。それに対して、本発明の電子源では電子放出表面に照射制限領域を設けることで、図３の（ｂ）中に実線で示した角度分布特性に示すように、放射半角を約１０ｍｒａｄにすることが出来る。
【００４７】
図４は、前記面状電子ビームを用いた電子ビームマスク転写露光装置の例を示している。この図で示される露光装置は、電子銃２０および、放射電子ビームの中から一様性の高い強度領域を得るためのアパーチャ１０ａ、照明レンズ１１ａ，１１ｂ、遮蔽して電子ビームマスク１５上に矩形の電子ビームＳＢを形成する矩形アパーチャ１０ｃで構成する照明装置２１と、電子ビームマスク１５を通った電子ビームをアパーチャ１０ｅで大きさの制限をすると共にステージ１７上のウエハ１６に投影する投影レンズ１２ａ，１２ｂで構成する投影レンズ系２２とを有する。この露光装置では、電子源の電子放出面に照射制限領域を設けることで照明装置２１に入射する電子ビームＥＢは電子銃２０のところで制限されている（図３（ｂ）参照）。従って、カラム内のアパーチャ１０ｃに照射される電子ビーム量を大幅に低減することが出来ることから、電子ビーム照射によるカラム内温度上昇、カラム内のチャージアップ、アパーチャの溶融等の問題を解決することが出来る。
【００４８】
図５は、図１の（ｂ）に示すようなリング状の照射有効領域を電子放出面に形成した電子源７ａを電子銃２０に用いたときの角度分布特性である。この図における実線は本発明の特性、点線は従来の特性を示している。従来の方法では電子放出表面全体から放射した電子の中から、リング状に放射電子ビームを切り出して照射電子ビームを形成していた。これに対し、本発明では電子源の電子放出表面にリング状の照射有効領域を形成する照射制限領域を平らな結晶表面に設けることで、リング内側の露光に寄与しない放射電子ビームを、電子銃とカラム内のアパーチャでなく、電子放出面のところで制限することが出来る。
【００４９】
また、図６は、前記リング状の照射電子ビームの効率をさらに向上させる方法として、電子源の電子放出表面に図１の（ｅ）に示す凹形状を用いた場合の角度分布特性を示している。この凹形状の電子源の特性としては、電子放出面周辺の電界を強めることで、空間電荷効果による影響を低減し、電流密度を高めることが出来る。図６中の点線は、照射制限領域を持たない電子源からの角度分布特性を示している。実線は、電子源に図１の（ｅ）に示した凹面電子放出表面に照射制限領域を持った電子源を用いた場合の角度分布特性である。この様に、凹形状の電子放出面の最表面にリング状の照射有効領域を形成することで、電子銃からの放射電子の利用効率を向上することが出来る。
【００５０】
図７は、前記円弧状ビームを用いた電子ビームマスク転写露光装置の例を示している。この図で示される露光装置は、電子銃２０および、放射電子ビームの中から一様性の高い強度領域を得るためのアパーチャ１０ａ、照明レンズ１１ａ，１１ｂ、遮蔽して電子ビームマスク１５上に円弧状の電子ビームＣＢを形成する円弧形状アパーチャ１０ｄで構成する照明装置２１と、電子ビームマスク１５を通った電子ビームをアパーチャ１０ｅで大きさ制限すると共にステージ１７上のウエハ１６に投影する投影レンズ１２ａ，１２ｂで構成する投影レンズ系２２とを有する。この装置では、照明装置２１で形成されたマスク面上の円弧状ビームＣＢは、円弧形状アパーチャ１０ｄの像が電子ビームマスク面上で結像する様に構成されている。投影レンズ系２２は、円弧状のビームを用いることで像面湾曲収差を大幅に低減できることから、図４で示した面状電子ビームを用いた場合の露光領域の幅（円弧ビームの長さ）を１０倍以上大きくすることができ、その結果、大電流照射ビームによる高速電子ビーム描画を可能とする。本方式では、図５および図６に示すリング状ビームを用いることで、照明レンズ内に入射する電子ビーム量を大幅に低減できることから、カラム内の円弧形状アパーチャ１０ｄに照射される電子ビーム量を大幅に低減することが出来る。従って、電子ビーム照射によるカラム内温度上昇、カラム内のチャージアップ、アパーチャの溶融等の問題を解決することが出来る。
【００５１】
なお、本発明は、マスク転写の方法だけでなく、ビーム束を複数用いて複数の露光領域を同時に露光するマルチビーム露光方式においても、各露光領域の位置に基づいて図１の（ｄ），（ｈ）に示す様に、電子源の電子放出面に照射有効領域を離散的に設けることは、同様の理由で有効である。
【００５２】
以上、実施の形態による本発明は、広い露光領域を持つ高速電子ビーム露光装置において、電子源から発生した放射電子ビームの利用効率が優れており、遮蔽ビーム量が低減するため、電子銃およびカラム内のチャージアップが減少し、ビームの位置精度が向上する。さらに、遮蔽ビームによる温度上昇が低減し、電子銃とカラムの熱的安定性が向上するだけでなく、遮蔽電極の溶融問題が解決する。このことから露光領域に大きな照射電流が投入できるためスループットの向上が期待できる。また、電子発生装置の電源負荷が低減できるため、装置コストを下げることが出来る。
【符号の説明】
【００５３】
１ 照射制限領域
２ 照明有効領域
３ ＬａＢ6単結晶
４ レジスト
５ レジストパターン部
６ 低電子放出効率材料
７ａ 電子源
８ ウエネルト電極
９ 接地電極
１０ａ，１０ｂ，１０ｅ アパーチャ
１０ｃ 矩形アパーチャ
１０ｄ 円弧形状アパーチャ
１１ａ 第１照明レンズ
１１ｂ 第２照明レンズ
１２ａ 第１投影レンズ
１２ｂ 第２投影レンズ
１５ 電子ビームマスク
１６ ウエハ
１７ ステージ
ＥＢ 電子ビーム
ＳＢ マスク面上の矩形ビーム
ＣＢ マスク面上の円弧ビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造のリソグラフィ工程において用いられる電子ビーム照明装置、および該照明装置を備えた電子ビーム露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリデバイス製造の量産段階においては、高い生産性を持つ光ステッパが用いられてきたが、線幅が０．２μｍ以下の１Ｇ、４ＧＤＲＡＭ以降のメモリデバイスの生産においては、光露光方式に代わる露光技術の１つとして、解像度が高い電子ビーム露光法が期待されている。
【０００３】
従来の電子ビーム露光法は、単一ビームのガウシアン方式と可変成形方式とが中心であった。これら電子ビーム露光方法は、生産性が低いことから、マスク描画や超ＬＳＩの研究開発、少量生産のＡＳＩＣデバイスの露光等に用いられてきた。
【０００４】
この様に、電子ビーム露光法の量産化への課題は、生産性を如何に向上させるかであったが、近年、この課題解決の１つの方法として、部分一括転写方式が提案されている。これら可変形成方式又は、部分一括転写方式の露光装置は図８の（ａ）に示すように、電子源７ｂとウエネルト電極８と接地電極９とアパーチャ１０ａを備える電子銃２０および、偏向器１３、照明レンズ１１ａ，１１ｂ、アパーチャ１０ｂ（又は電子ビームマスク１５）で構成する照明装置２１と、電子ビームマスク１５を通った電子ビームを偏向器１４を経てステージ１７上のウエハ１６に投影する投影レンズ１２を備える投影レンズ系２２とを有する。特に部分一括転写方式の露光装置は、メモリ回路パターンの繰り返し部分を数μｍ領域にセル化することで、露光のショット回数を低減できることから、描画の生産性を向上することが出来る。
【０００５】
一方、露光装置の生産性と同時に露光線幅精度の確保は、露光装置として実用上重要な要素であることから、露光領域の照射強度の一様性は、全露光領域において、０．５％以下にすることが要求されている。この一様性の高い照射電子ビームを得るためには、電子銃から放射する数１０ｍｒａｄの電子ビームの中から、特性の良い数ｍｒａｄの開き角の領域の電子ビームをアパーチャ１０ｂで遮蔽することにより、照射ビームとして取り出していた（図８の（ｂ）参照）。
【０００６】
近年、生産性の更なる向上のために、露光領域を更に大きくする方式が提案されている。例えば、電子ビーム散乱マスクを用いた電子ビーム転写方法：SCALPEL（S.D.Berger et. al. "Projection electron beam lithography: A new approach." J. Vac. Sci. Technology B9, 2996, (1991)）は、高速電子ビーム露光の一つの露光方法である。この方式は、従来の可変成形方式やセル露光方式に比べて露光面積が２５００倍以上も大きいことから、クーロン効果による電子−電子相互作用の影響を低減できるため、照射電子ビーム電流を従来露光方法に比べて１桁以上高くして露光することが可能であり、高い生産性が期待できる。しかし、この電子ビーム露光方法は、広い露光領域において一様性の高い照射強度が要求される。また、照射電流の増大に伴い、電子源から発生した電子ビームを電子銃とカラム内のアパーチャで遮蔽する電子ビーム量が増大することとなった。
【０００７】
一方、円弧ビームを用いた電子ビームマスク転写装置（特許出願平成８年２８３８１４号参照）においては、露光領域の幅は数ｍｍであり、前記転写露光（SCALPEL）に比べ約６倍以上大きくできることから、マスクとウエハの走査露光により高速露光が可能であるが、広い領域を一様に照明するために、電子銃から放射した電子ビームの周辺ビームの一部がリング状または円弧状ビームとして露光の照射用ビームに用いられていた。特に、電子銃から一様に放射する電子ビームを用いた場合、放射電子ビームの利用効率が、１／１０００程度となり、発生電子ビームのほとんどの電子ビームを電子銃とカラム内のアパーチャで遮蔽すると言った問題が生じていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の露光方式では、照射ビームが少なく、電子銃やカラム内の途中のアパーチャ電極で電子を遮蔽していても問題にならなかったが、前記生産性の高い露光方式では、ウエハ上の照射ビーム電流が数１０μＡと従来露光方法に比べて１桁以上大きな電流で露光することになり、アパーチャ電極で遮蔽する電子電流は数ｍＡと大きな値となった。
【０００９】
そのため、従来の、放射電子ビームを途中のビーム遮蔽電極で遮蔽する方法では、遮蔽電極の温度上昇・電極の溶解問題が発生するだけでなく、カラム内温度の上昇や遮蔽した電子の散乱によるカラム内のチャージアップ現象が、露光性能で重要なビームの位置精度の劣化原因に繋がることから、照射電流を大きくしてスループットを改善することが難しかった。更に、電子発生装置電源負荷が従来の電子発生装置と比べて大きくなることで、電源の高安定化や低価格化を難しくしていた。
【００１０】
本発明の目的は、熱電子源からの電子ビームを成形するアパーチャで遮蔽される電子ビームを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、電子放出面から電子を発生し、該電子を加速する電子銃を備え照射領域に照射する電子ビーム照明装置において、前記電子銃は熱電子源を有し、該電子源の電子放出面は、前記照射領域に対応した照射有効領域と照射制限領域とから成り、且つ、該照射有効領域と照射制限領域の表面は、電子放出効率の異なる材料からなることを特徴とする。
【００１２】
具体的な電子放出面の表面材料の構成としては、前記電子放出面において、電子放出効率の差が仕事関数の差であり、前記照射制限領域の仕事関数が、前記照射有効領域の仕事関数より、１．０ｅＶ以上大きいことを特徴とした。また、前記照射有効領域が電子放出効率の高い硼化ランタンであり、前記照射制限領域が、前記照射有効領域の材料と高温で反応することのない、炭素またはそれを含んだ材料からなることを特徴とした。さらに、前記電子放出面の照射有効領域と照射制限領域が共に高融点金属からなり、照射有効領域の材料が、単原子層陰極材料からなり、照射制限領域が、Ｗ、またはＰｔ、Ｐｄからなることを特徴とした。
【００１３】
上記のような照射制限領域を持つ電子放出面の形成方法としては、前記照射制限領域の表面材料を、蒸着、イオンビームスパッタ、イオンプレーティング、またはイオン注入の手段によって形成することで、前記照射制限領域の表面が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記のような電子ビーム照明装置の熱電子源の電子放出面形状としては、前記電子放出面が平面形状であって、表面の周囲に前記照射制限領域を配置した形状であることを特徴とした。これは面状露光領域による電子ビーム露光装置に好適である。
【００１５】
また、露光領域が円弧状である露光方式においては、前記電子放出面が平面形状であって、表面に前記照射有効領域をリング状、または部分円弧に形成した形状であることを特徴とするものや、前記電子放出面が凹形状であって、最表面に前記照射有効領域をリング状、または円弧状に備え、その照射有効領域の周囲に前記照射制限領域を備えた形状であることを特徴とするものや、前記電子放出面が凸または凹の曲面形状であって、表面に前記照射有効領域をリング状、または円弧状に備え、その照射有効領域の周囲に前記照射制限領域を備えた形状であるものが好ましい。
【００１６】
また、露光領域の縦横比が異なる露光方式においては、前記電子放出面が平面形状であって、表面に前記照射有効領域を直線に形成した形状であることを特徴とするものが好ましい。
【００１７】
さらに、電子ビームをマルチ化して複数の露光領域を同時に露光する露光方式に対しては、前記電子放出面に前記照射有効領域が離散的に配置されたことを特徴とするものが好ましい。
【００１８】
（作用）上記のとおりの発明では、電子銃の熱電子源の電子放出面に電子放出効率の異なる照射有効領域と照射制限領域を設け、照射有効領域を露光に寄与する有効な電子放射領域とし、照射制限領域を、露光には直接寄与せず、制限されていなければ電子銃またはカラム内のアパーチャ電極で遮蔽される電子ビームを放射する領域とした。これにより、放射電子の照射利用効率を上げることができる。さらに、カラム内のアパーチャ電極に照射される電子ビーム量が大幅に低減するので、電子ビーム照射によるカラム内温度上昇、カラム内のチャージアップ、アパーチャの溶融等の問題を解決することが出来る。また、必要なビームだけをカラム内に取り出すことで、電子−電子相互作用によるビーム解像性能の劣化を防ぐことが出来る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、熱電子源からの電子ビームを成形するアパーチャで遮蔽される電子ビームを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態による電子ビーム照明装置の、電子放出表面に照射有効領域と照射制限領域を備えた電子源の形状を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態による電子ビーム照明装置の電子源の電子放出表面に照射制限領域を形成するための製法例を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態による電子ビーム照明装置の電子源を露光方式に適用したときの電子銃特性を説明するための図であり、（ａ）は電子源の電子放出表面から放出した電子の軌道を模式的に示し、図１の（ａ）で示した電子源を適用した時の電子銃特性を示している。
【図４】本発明の実施の形態による面状電子ビームを照射する電子ビーム照明装置を備えた電子ビームマスク転写露光装置の例を示した図である。
【図５】図１の（ｂ）に示すようなリング状の照射有効領域を電子放出面に形成した電子源を電子銃に用いたときの角度分布特性を示す図である。
【図６】図１の（ｅ）に示すようなリング状の照射有効領域を凹形状の電子放出面に形成した電子源を電子銃に用いたときの角度分布特性を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態による円弧状電子ビームを照射する電子ビーム照明装置を備えた電子ビームマスク転写露光装置の例を示した図である。
【図８】従来の電子ビーム露光装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の電子ビーム照明装置について具体的に説明する。
【００２２】
（原理説明）
まず、電子ビーム照明原理を一例を挙げて説明する。
【００２３】
電子源の電子放出表面から放射した電子ビームは、電子銃で加速、集束され、クロスオーバを形成する（後に説明する図３（ａ）参照）。電子ビーム露光装置では、このクロスオーバから発散する電子ビームのある角度成分をウエハ上の照射領域に照射する照射電子ビームとして取り出している。電子源の電子放出表面の位置とクロスオーバから発散するビームの角度成分とは略対応していることから、露光に寄与する照射電子ビームを、熱電子源の電子放出表面位置と対応付けることが出来る。
【００２４】
そこで、電子放出表面において、露光に寄与する有効な電子放射領域を電子放出表面の照射有効領域とし、また、露光には直接寄与せず、制限されていなければ電子銃またはカラム内のアパーチャ電極で遮蔽される電子ビームを放射する領域を照射制限領域とした。そして電子放出表面の前記照射有効領域と照射制限領域とに電子放射効率の差を設けることによって、放射電子の照射利用効率を上げることが出来る。
【００２５】
具体的には、熱電子放出表面の仕事関数に差を設けることによって、前記照射有効領域と照射制限領域の電子発生効率に差を設けることとした。
【００２６】
熱電子源からの放射する電子の電流密度は、Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎの式で導かれる。
【００２７】
［数１］
Ｊ＝ＡＴ2ｅｘｐ（−Ｗ／ｋＴ）
Ｊ：電流密度Ａ：Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎの式の定数Ｔ：熱カソードの絶対温度Ｗ：カソード表面の仕事関数ｋ：Ｂｏｌｔｚｍａｎ定数そこで、電子放射表面において、電子放射効率の高い照射有効領域の仕事関数をＷａ、その効率の低い照射制限領域の仕事関数をＷｂとすると、両領域の仕事関数の差は、
【００２８】
［数２］
ΔＷ＝Ｗｂ−Ｗａ両領域の電子放出効率の比Ｒは、
【００２９】
［数３］
Ｒ＝Ｊb／Ｊa＝ｅｘｐ（−ΔＷ）
で示すことが出来る。
【００３０】
一例として、電子放出表面の照射有効領域に電子放出効率の高い材料として硼化化合物（ここでは、ＬａＢ6 を例とした）を用い、放射制限領域に電子放射効率の低い材料として炭素を用いた場合、それぞれの仕事関数は、ＬａＢ6 （硼化ランタン）が、略２．７ｅＶ、炭素が、略４．７ｅＶであることから、両領域の仕事関数の差は、
【００３１】
［数４］
ΔＷ＝（ＷC−ＷLaB6）＝２．０ｅＶ
両領域の電子放出効率の比は、
【００３２】
［数５］
Ｒ＝ＪC／ＪLaB6＝０．１４
となり、照射有効領域と照射制限領域の電子放出効率に有効な差をつけることが出来る。しかも、炭素は、ＬａＢ6 に対して高温でも反応しない、安定な材料であることから、熱的安定性の高い装置が提供できる。
【００３３】
さらに他の例として、高融点金属を熱電子源とした場合について示す。特に、ここでは、電子放射面の照射有効領域の材料に単原子層陰極材料として代表されるＴｈ-Ｗを、また照射制限領域の表面材料に炭素を用いた場合、Ｔｈ-Ｗの仕事関数は、２．６３ｅＶであり、両領域の仕事関数の差は、
【００３４】
［数６］
ΔＷ＝（ＷC−ＷTh-W）＝１．４ｅＶ
両領域の電子放出効率の比は、
【００３５】
［数７］
Ｒ＝ＪC／ＪTh-W＝０．０７
となり、高融点金属材料を熱電子源とした場合でも有効であることが分かる。
【００３６】
また、Ｔｈ-Ｗ（仕事関数２．６３ｅＶ）とＷ（仕事関数４．５ｅＶ）の高融点材料を照射有効領域と照射制限領域材料にそれぞれ適用しても、ΔＷが１．８７ｅＶであるので有効な組合わせである。単原子層陰極の他の組合わせとして、前記Ｔｈ-Ｗ以外の材料、例えばＺｒ-Ｗ（仕事関数３．１４ｅＶ）、Ｔｈ-Ｗ2Ｃ（仕事関数２．１８ｅＶ）、Ｃｓ-Ｗ（仕事関数１．４ｅＶ）、Ｂａ-Ｗ（仕事関数１．６３ｅＶ）などを用いることができる。
【００３７】
また、Ｗの代わりに、Ｐｔ（仕事関数５．３ｅＶ）やＰｄ（仕事関数４．８ｅＶ）の高融点材料を用いることも出来る。
【００３８】
つまり、電子放出効率の比を０．４以下にするには、電子放出表面の仕事関数の差ΔＷを１．０ｅＶ以上大きく設定すれば良いことが分かる。
【００３９】
（実施の形態）
次に、電子ビーム露光方式の露光領域に適合した本発明による電子放出表面の構造と、その特性、および適用装置例について図面を用いて説明する。
【００４０】
図１は、電子ビーム露光方法に合わせて、電子放出表面に照射有効領域と照射制限領域を備えた電子源の形状を示した図であり、図１の（ａ）〜（ｄ）と（ｈ）は、平面からなる電子放出表面に照射制限領域１を形成した例を示している。また、図１の（ｅ）〜（ｇ）は電子放出表面を加工して凹面、および曲面形状を形成した例を示す。これらの図に示す様々な形状の照射制限領域１を除いた照射有効領域２の形状は図１の（ａ）では平面内円形、（ｂ）では平面内リング状、（ｃ）では平面内直線状、（ｄ）では平面内複線状、（ｅ）では凹面上内リング状、（ｆ）では凸曲面内リング状、（ｇ）では凹曲面内リング状、（ｈ）では平面内多点状となっている。
【００４１】
このように様々な電子放出面形状の電子源の中で、面状ビームを露光ビームとする露光法では、図１の（ａ）に示すものが適している。また、図１の（ｂ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）に示したリング状の照射有効領域２を持つ電子源は、円弧状ビームを用いた露光法に適している。ライン状の照射有効領域２を持つ図１の（ｃ）における電子源は、露光領域の縦横比が異なる露光法に適している。さらに、電子ビームをマルチ化して複数の露光領域を同時に露光する露光方法に対しては、照射有効領域２を離散的に配置した図１の（ｄ），（ｈ）の電子源が適当である。
【００４２】
図２は、前記電子放出表面に照射制限領域を形成するための製法例を説明する図で、ここでは図１の（ｂ）に示した電子源の照射制限領域を形成する場合を示す。電子源の照射有効領域の材料として、表面サイズが０．５〜２ｍｍφのＬａＢ6 単結晶（１００）を用いている。照射制限領域は、図２の（ａ）〜（ｅ）に示すように、半導体プロセスと類似した方法で形成することが出来る。つまり、ＬａＢ6 単結晶３の表面にレジスト４を塗布し、所望する照射制限領域の形状にパターンニングした後、レジストが除去されたＬａＢ6３表面とレジストパターン部５上に低電子放出効率材料をコーティングし、その後、レジストパターン部５を剥離する。
【００４３】
特に図２の（ｄ）に示した工程では、照射制限領域の形成として、炭素を電子放出表面にコーティングしている。電子源の表面材料の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法の何れの方法でも良い。また、コーティング膜の厚さは、電子放出表面の仕事関数を変えることが目的であることから、極めて薄くてよく、例えば、数ｎｍから数十ｎｍの厚さで十分な特性を得ることが出来る。この厚さは、電子源の電子放出表面に形成される静電界の分布を乱すことがないため、放出電子の電子軌道が影響されることはない。
【００４４】
また、別の表面形成方法として、約６０ｋｅＶの低エネルギーの炭素イオンをＬａＢ6 表面に注入することで、仕事関数を上げることが出来る。このイオン注入による電子放出表面の改質手法は、特に表面状態が安定しているため、前記表面形成方法の中でも、特に安定で高寿命特性が得られることと、照射有効領域と照射制限領域の境界に段差が生じないため、放出電子の電子軌道にその境界が影響することはない。
【００４５】
図３は、前記電子源を露光方式に適用したときの電子銃特性を説明するための図である。図３の（ａ）は、電子源の電子放出表面から放出した電子の軌道を模式的に示している。電子源７ａは面状電子源であり、表面から放出された電子は、電子銃２０を構成するウエネルト電極８や接地電極９等によって加速、集束され、クロスオーバＣＯを形成すると同時にある放射角をもって電子銃２０より放射する。その後、電子ビーム露光に使用する照射ビームは、放射電子ビームの中から均一性の高い領域を得るために電子銃とカラム内のアパーチャ電極で遮蔽して形成される。
【００４６】
図３の（ｂ）は面状露光のための電子源として、図１の（ａ）で示したものを用いた時の電子銃特性を示している。面状露光に用いる電子放射ビームは、露光領域の電子ビーム照射強度の一様性を上げるために、中心軸から数ｍｒａｄの特性の良い放射電子ビームを用いている。従来の照射制限領域を持たない場合の放射電子の角度分布特性は図３の（ｂ）中に点線で示されている。これは、２分の１の強度分布を持つ放射半角が、約５０ｍｒａｄの開き角を持っている。それに対して、本発明の電子源では電子放出表面に照射制限領域を設けることで、図３の（ｂ）中に実線で示した角度分布特性に示すように、放射半角を約１０ｍｒａｄにすることが出来る。
【００４７】
図４は、前記面状電子ビームを用いた電子ビームマスク転写露光装置の例を示している。この図で示される露光装置は、電子銃２０および、放射電子ビームの中から一様性の高い強度領域を得るためのアパーチャ１０ａ、照明レンズ１１ａ，１１ｂ、遮蔽して電子ビームマスク１５上に矩形の電子ビームＳＢを形成する矩形アパーチャ１０ｃで構成する照明装置２１と、電子ビームマスク１５を通った電子ビームをアパーチャ１０ｅで大きさの制限をすると共にステージ１７上のウエハ１６に投影する投影レンズ１２ａ，１２ｂで構成する投影レンズ系２２とを有する。この露光装置では、電子源の電子放出面に照射制限領域を設けることで照明装置２１に入射する電子ビームＥＢは電子銃２０のところで制限されている（図３（ｂ）参照）。従って、カラム内のアパーチャ１０ｃに照射される電子ビーム量を大幅に低減することが出来ることから、電子ビーム照射によるカラム内温度上昇、カラム内のチャージアップ、アパーチャの溶融等の問題を解決することが出来る。
【００４８】
図５は、図１の（ｂ）に示すようなリング状の照射有効領域を電子放出面に形成した電子源７ａを電子銃２０に用いたときの角度分布特性である。この図における実線は本発明の特性、点線は従来の特性を示している。従来の方法では電子放出表面全体から放射した電子の中から、リング状に放射電子ビームを切り出して照射電子ビームを形成していた。これに対し、本発明では電子源の電子放出表面にリング状の照射有効領域を形成する照射制限領域を平らな結晶表面に設けることで、リング内側の露光に寄与しない放射電子ビームを、電子銃とカラム内のアパーチャでなく、電子放出面のところで制限することが出来る。
【００４９】
また、図６は、前記リング状の照射電子ビームの効率をさらに向上させる方法として、電子源の電子放出表面に図１の（ｅ）に示す凹形状を用いた場合の角度分布特性を示している。この凹形状の電子源の特性としては、電子放出面周辺の電界を強めることで、空間電荷効果による影響を低減し、電流密度を高めることが出来る。図６中の点線は、照射制限領域を持たない電子源からの角度分布特性を示している。実線は、電子源に図１の（ｅ）に示した凹面電子放出表面に照射制限領域を持った電子源を用いた場合の角度分布特性である。この様に、凹形状の電子放出面の最表面にリング状の照射有効領域を形成することで、電子銃からの放射電子の利用効率を向上することが出来る。
【００５０】
図７は、前記円弧状ビームを用いた電子ビームマスク転写露光装置の例を示している。この図で示される露光装置は、電子銃２０および、放射電子ビームの中から一様性の高い強度領域を得るためのアパーチャ１０ａ、照明レンズ１１ａ，１１ｂ、遮蔽して電子ビームマスク１５上に円弧状の電子ビームＣＢを形成する円弧形状アパーチャ１０ｄで構成する照明装置２１と、電子ビームマスク１５を通った電子ビームをアパーチャ１０ｅで大きさ制限すると共にステージ１７上のウエハ１６に投影する投影レンズ１２ａ，１２ｂで構成する投影レンズ系２２とを有する。この装置では、照明装置２１で形成されたマスク面上の円弧状ビームＣＢは、円弧形状アパーチャ１０ｄの像が電子ビームマスク面上で結像する様に構成されている。投影レンズ系２２は、円弧状のビームを用いることで像面湾曲収差を大幅に低減できることから、図４で示した面状電子ビームを用いた場合の露光領域の幅（円弧ビームの長さ）を１０倍以上大きくすることができ、その結果、大電流照射ビームによる高速電子ビーム描画を可能とする。本方式では、図５および図６に示すリング状ビームを用いることで、照明レンズ内に入射する電子ビーム量を大幅に低減できることから、カラム内の円弧形状アパーチャ１０ｄに照射される電子ビーム量を大幅に低減することが出来る。従って、電子ビーム照射によるカラム内温度上昇、カラム内のチャージアップ、アパーチャの溶融等の問題を解決することが出来る。
【００５１】
なお、本発明は、マスク転写の方法だけでなく、ビーム束を複数用いて複数の露光領域を同時に露光するマルチビーム露光方式においても、各露光領域の位置に基づいて図１の（ｄ），（ｈ）に示す様に、電子源の電子放出面に照射有効領域を離散的に設けることは、同様の理由で有効である。
【００５２】
以上、実施の形態による本発明は、広い露光領域を持つ高速電子ビーム露光装置において、電子源から発生した放射電子ビームの利用効率が優れており、遮蔽ビーム量が低減するため、電子銃およびカラム内のチャージアップが減少し、ビームの位置精度が向上する。さらに、遮蔽ビームによる温度上昇が低減し、電子銃とカラムの熱的安定性が向上するだけでなく、遮蔽電極の溶融問題が解決する。このことから露光領域に大きな照射電流が投入できるためスループットの向上が期待できる。また、電子発生装置の電源負荷が低減できるため、装置コストを下げることが出来る。
【符号の説明】
【００５３】
１ 照射制限領域
２ 照明有効領域
３ ＬａＢ6単結晶
４ レジスト
５ レジストパターン部
６ 低電子放出効率材料
７ａ 電子源
８ ウエネルト電極
９ 接地電極
１０ａ，１０ｂ，１０ｅ アパーチャ
１０ｃ 矩形アパーチャ
１０ｄ 円弧形状アパーチャ
１１ａ 第１照明レンズ
１１ｂ 第２照明レンズ
１２ａ 第１投影レンズ
１２ｂ 第２投影レンズ
１５ 電子ビームマスク
１６ ウエハ
１７ ステージ
ＥＢ 電子ビーム
ＳＢ マスク面上の矩形ビーム
ＣＢ マスク面上の円弧ビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出面から電子を発生し、該電子を加速する電子銃を備え照射領域に照射する電子ビーム照明装置において、前記電子銃は熱電子源を有し、該電子源の電子放出面は、前記照射領域に対応した照射有効領域と照射制限領域とから成り、且つ、該照射有効領域と照射制限領域の表面は、電子放出効率の異なる材料からなることを特徴とする電子ビーム照明装置。
【請求項２】
前記電子放出面において、電子放出効率の差が仕事関数の差であり、前記照射制限領域の仕事関数が、前記照射有効領域の仕事関数より、１．０ｅＶ以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項３】
前記電子放出面において、前記照射有効領域が電子放出効率の高い硼化ランタンであり、前記照射制限領域が、前記照射有効領域の材料と高温で反応することのない、炭素またはそれを含んだ材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項４】
前記電子放出面の照射有効領域と照射制限領域が共に高融点金属からなり、照射有効領域の材料が、単原子層陰極材料からなり、照射制限領域が、Ｗ、またはＰｔ、Ｐｄからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項５】
前記照射制限領域の表面材料を、蒸着、イオンビームスパッタ、またはイオンプレーティングによって形成することで、前記照射制限領域の表面が形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項６】
前記照射制限領域の表面材料を、イオン注入の手段によって形成することで、前記照射制限領域の表面が形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項７】
前記電子放出面が平面形状であって、表面の周囲に前記照射制限領域を配置した形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項８】
前記電子放出面が平面形状であって、表面に前記照射有効領域をリング状、または部分円弧に形成した形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項９】
前記電子放出面が平面形状であって、表面に前記照射有効領域を直線に形成した形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項１０】
前記電子放出面が凹形状であって、最表面に前記照射有効領域をリング状、または円弧状に備え、その照射有効領域の周囲に前記照射制限領域を備えた形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項１１】
前記電子放出面が凸または凹の曲面形状であって、表面に前記照射有効領域をリング状、または円弧状に備え、その照射有効領域の周囲に前記照射制限領域を備えた形状である請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項１２】
前記電子放出面に前記照射有効領域が離散的に配置されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置を用いた電子ビーム露光装置。
【請求項１】
電子放出面から電子を発生し、該電子を加速する電子銃を備え照射領域に照射する電子ビーム照明装置において、前記電子銃は熱電子源を有し、該電子源の電子放出面は、前記照射領域に対応した照射有効領域と照射制限領域とから成り、且つ、該照射有効領域と照射制限領域の表面は、電子放出効率の異なる材料からなることを特徴とする電子ビーム照明装置。
【請求項２】
前記電子放出面において、電子放出効率の差が仕事関数の差であり、前記照射制限領域の仕事関数が、前記照射有効領域の仕事関数より、１．０ｅＶ以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項３】
前記電子放出面において、前記照射有効領域が電子放出効率の高い硼化ランタンであり、前記照射制限領域が、前記照射有効領域の材料と高温で反応することのない、炭素またはそれを含んだ材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項４】
前記電子放出面の照射有効領域と照射制限領域が共に高融点金属からなり、照射有効領域の材料が、単原子層陰極材料からなり、照射制限領域が、Ｗ、またはＰｔ、Ｐｄからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項５】
前記照射制限領域の表面材料を、蒸着、イオンビームスパッタ、またはイオンプレーティングによって形成することで、前記照射制限領域の表面が形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項６】
前記照射制限領域の表面材料を、イオン注入の手段によって形成することで、前記照射制限領域の表面が形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項７】
前記電子放出面が平面形状であって、表面の周囲に前記照射制限領域を配置した形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項８】
前記電子放出面が平面形状であって、表面に前記照射有効領域をリング状、または部分円弧に形成した形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項９】
前記電子放出面が平面形状であって、表面に前記照射有効領域を直線に形成した形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項１０】
前記電子放出面が凹形状であって、最表面に前記照射有効領域をリング状、または円弧状に備え、その照射有効領域の周囲に前記照射制限領域を備えた形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項１１】
前記電子放出面が凸または凹の曲面形状であって、表面に前記照射有効領域をリング状、または円弧状に備え、その照射有効領域の周囲に前記照射制限領域を備えた形状である請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項１２】
前記電子放出面に前記照射有効領域が離散的に配置されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれか１項に記載の電子ビーム照明装置を用いた電子ビーム露光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１５２６４５（Ｐ２００９−１５２６４５Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９１９７９（Ｐ２００９−９１９７９）
【出願日】平成２１年４月６日（２００９．４．６）
【分割の表示】特願平１０−３４９０２１の分割
【原出願日】平成１０年１２月８日（１９９８．１２．８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月６日（２００９．４．６）
【分割の表示】特願平１０−３４９０２１の分割
【原出願日】平成１０年１２月８日（１９９８．１２．８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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