JP2002083561A

JP2002083561A - 電子銃及び電子光学鏡筒

Info

Publication number: JP2002083561A
Application number: JP2000269482A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】電極の温度上昇を低減でき、コンタミネーシ
ョンが成長しにくく、絶縁破壊等が起こりにくい電子銃
及び電子光学鏡筒を提供する。【解決手段】電子銃１の電子銃室２４には、高圧碍子
２７が固定されている。高圧碍子２７は、高熱伝導Ｓｉ
Ｃ又はＡｌＮ製である。高圧碍子２７下面には、ウェー
ネルト電極２２及び制御アノード電極２３が取り付けら
れている。このウェーネルト電極２２下端には、石英ス
ペーサ２５を介してカソード２１が固定されている。石
英スペーサ２５によりカソード２１とウェーネルト電極
２２間の熱抵抗が大きくなっているため、カソード２１
から外に逃げる熱損失が低減される。さらに、高圧碍子
２７の熱伝導は良好なため、ウェーネルト電極２２と電
子銃室２４間の熱抵抗は小さくなっており、ウェーネル
ト電極２２の温度上昇は抑制されて熱膨張や放出ガスの
増加、絶縁破壊等が生じにくい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば線幅が１０
０ｎｍ以下の微細・高密度パターンを高スループットで
形成する電子線転写縮小装置等に装備される電子銃及び
電子光学鏡筒に関する。特には、電極の温度上昇を低減
でき、コンタミネーションが成長しにくく、絶縁破壊等
が起こりにくいよう改良を加えた電子銃及び電子光学鏡
筒に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電子光
学鏡筒の内部には、カソードやアノード、ウェーネルト
電極を有する電子銃が装備されている。ウェーネルト電
極は、スペーサあるいは碍子によって鏡筒内部に支持・
固定されており、カソードとは互いに絶縁されている。
しかし、従来の電子銃では、スペーサあるいは碍子自体
の特性に対しては、あまり考慮がなされていなかった。

【０００３】スペーサあるいは碍子に関連して、例えば
以下に列挙するような問題が生じる。（１）電極の温度上昇により放射する電子線が不安定に
なりやすい。（２）温度上昇に伴い放出ガスが増加し、コンタミネー
ションが成長しやすい。（３）アノードの加速電圧が高い場合には、電子銃の絶
縁破壊等が発生するおそれがある。

【０００４】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、電極の温度上昇を低減でき、コンタミネー
ションが成長しにくく、絶縁破壊等が起こりにくい電子
銃及び電子光学鏡筒を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の電子銃は、電子線を放出するカソードと、
該カソードから放出される電子線を加速するアノード
と、該アノードと前記カソードの間に配置された前記電
子線を収束させるウェーネルト電極と、を備える電子銃
であって；前記ウェーネルト電極を支持・固定する高
圧碍子が、高熱伝導ＳｉＣ製であることを特徴とする。

【０００６】高圧碍子が高熱伝導ＳｉＣ製であるので、
カソードを高温に保ったまま、アノード（制御アノード
電極）あるいはウェーネルト電極の熱を逃がすことがで
きる。ここで、高熱伝導ＳｉＣとは、例えば酸化ベリリ
ウムを少量添加したシリコンカーバイトセラミックス；
熱伝導率２７０Ｗ／ｍ°Ｋを挙げることができる。した
がって、熱的に安定で、コンタミネーションが成長しに
くく、絶縁破壊が起こりにくくなる。

【０００７】本発明の電子銃は、前記碍子の一端部に、
前記ウェーネルト電極又はそのサポート金具が固定され
ており、前記碍子の他端部に、接地された電子銃室が
接続されており、前記碍子の一端部から他端部に至る
表面に、凹凸が形成されていることが好ましい。このよ
うな構成によれば、ウェーネルト電極と電子銃室間の碍
子の熱抵抗が小さくなる。これにより、ウェーネルト電
極の熱が電子銃室へと逃げやすくなるので、ウェーネル
ト電極の熱膨張が抑えられる。また、放出ガスが減るの
でコンタミネーションが成長しにくくなり、絶縁破壊が
起こりにくくなる。さらに、碍子の表面凹凸により、絶
縁放電も防止される。

【０００８】本発明は、前記カソードの電子放出面の直
径が５ｍｍ以上の電子銃に適用することが好ましい。さ
らに、前記カソードの動作温度が１８００°Ｋ以上の電
子銃に適用することが好ましい。なお、このようなカソ
ードは、例えば単結晶Ｔａから形成することができる。
このような径の大きいカソードの電子銃は、かなり広い
露光領域を有する電子線露光装置用に必要となるもので
ある。そのような露光装置では、特に電子銃の放射する
電子線の強度の均一が要求される。

【０００９】本発明の電子光学鏡筒は、電子銃と、該電
子銃から放出された電子線又はその散乱ビームを検出す
る開口板電極と、を備える電子光学鏡筒であって；該
開口板電極を絶縁又は支持するスペーサが、高熱伝導Ｓ
ｉＣ又はＡｌＮ製であることを特徴とする。

【００１０】開口板電極（トリム開口、ブランキング開
口又は成形開口）には、多量の一次電子線が入射し、温
度が上昇しやすい。本発明では、スペーサを高熱伝導Ｓ
ｉＣ又はＡｌＮ製とするので、開口板の熱がスペーサを
介して逃げやすくなり、熱膨張による寸法変化や熱歪み
による変形を抑制できる。さらに、電極の温度上昇に伴
う放出ガスの発生が抑えられるので、コンタミネーショ
ンが成長しにくい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。まず、図１を参照して、電子光学鏡筒の全体構成に
ついて説明する。図１は、本発明の一実施例に係る電子
光学鏡筒を示す模式的構成図である。図１において、光
学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向け
て電子線を放射する。電子銃１の下方には、１段目のコ
ンデンサレンズ２が配置されている。このコンデンサレ
ンズ２の下方には、トリム開口４が配置されている。電
子銃１から放射された電子線は、コンデンサレンズ２に
よって収束され、トリム開口４にクロスオーバーを結像
する。トリム開口４は、クロスオーバーのうち中央部の
みを通過させ、周辺部はカットする。トリム開口４は、
高熱伝導ＳｉＣ又はＡｌＮ製の支持スペーサ３により支
持されている。

【００１２】トリム開口４の下方には、２段目のコンデ
ンサレンズ５が配置されている。このコンデンサレンズ
５の下方には、成形開口１０が配置されている。成形開
口１０は、高熱伝導ＳｉＣ又はＡｌＮ製の支持スペーサ
１１により支持されている。成形開口１０の下方には、
２段の照射レンズ６Ａ、６Ｂが配置されている。これら
照射レンズ６Ａ、６Ｂの間には、ブランキング開口１２
が配置されている。ブランキング開口１２は、高熱伝導
ＳｉＣ又はＡｌＮ製の支持スペーサ１３により支持され
ている。なお、トリム開口４と成形開口１０間には、ブ
ランキング偏向器４１が配置されている。このブランキ
ング偏向器４１により電子線を偏向させ、ブランキング
開口１２で遮蔽することにより、ブランキングが行われ
る。

【００１３】照射レンズ６Ｂの下方には、レチクル１４
が配置されている。レチクル１４は、光軸Ｚに対する垂
直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、多数のサブフィー
ルドを有する。レチクル１４上には、全体として一個の
半導体デバイスチップをなすパターン（チップパター
ン）が形成されている。

【００１４】トリム開口４を通過した電子線は、コンデ
ンサレンズ５によって平行ビーム化される。この平行ビ
ームは成形開口１０で成形され、レチクル１４の一つの
サブフィールド（単位露光パターン領域）を照明する照
明ビームのみを通過させる。具体的には、成形開口１０
は、照明ビームをマスクサイズ換算で１mm角強の寸法の
正方形に成形する。この成形開口１０の像は、２段の照
射レンズ６Ａ、６Ｂによってレチクル１４に結像され
る。

【００１５】レチクル１４の下方には、２段の投影レン
ズ７Ａ、７Ｂが配置されている。これら投影レンズ７
Ａ、７Ｂの間には、コントラスト開口１５が配置されて
いる。コントラスト開口１５は、高熱伝導ＳｉＣ又はＡ
ｌＮ製の支持スペーサ１６により支持されている。投影
レンズ７Ｂの下方には、ウエハ９が配置されている。ウ
エハ９は、静電チャック（図示されず）を介して、ＸＹ
方向に移動可能なウエハステージ（図示されず）上に載
置されている。

【００１６】レチクル１４のあるサブフィールドに照明
ビームが当てられ、レチクル１４のパターン部を通過し
た電子線は、投影レンズ７Ａ、７Ｂによって縮小され、
ウエハ９上の所定の位置に結像される。ウエハ９上に
は、適当なレジストが塗布されており、レジストに電子
ビームのドーズが与えられてレチクル１４上のパターン
が縮小されてウエハ９上に転写される。この際、レチク
ル１４の非パターン部を通過した照明ビームは大きく散
乱されるが、散乱された電子線は、コントラスト開口１
５で遮断され、取り除かれる。これにより、投影像のコ
ントラストが得られる。

【００１７】ここで、トリム開口４、成形開口１０、ブ
ランキング開口１２及びコントラスト開口１５は、それ
ぞれケーブル４３、４５、４７及び４９を介して増幅器
１７、１８、１９及び２０に接続されている。これら増
幅器１７、１８、１９及び２０は、モニタ（図示され
ず）に接続されている。モニタにおいては、各開口４、
１０、１２及び１５からそれぞれ検出信号が送られ、以
下の各検出結果が表示される；（ａ）トリム開口４にお
いてクロスオーバー像の周辺部のカット状況。（ｂ）成
形開口１０でレチクル１４の一つのサブフィールドを照
明する照明ビームのみが通過しているか否か。（ｃ）ブ
ランキング開口１２におけるブランキング時のビーム強
度。（ｄ）コントラスト開口１５における散乱した電子
線の遮断状況。

【００１８】上述した電子光学鏡筒内部においては、支
持スペーサ３、１１、１３及び１６により、トリム開口
４、成形開口１０、ブランキング開口１２及びコントラ
スト開口１５はそれぞれ絶縁されている。これら各スペ
ーサ３、１１、１３及び１６は、高熱伝導ＳｉＣ又はＡ
ｌＮ製であるため熱抵抗が小さくなっている。高熱伝導
ＳｉＣの一例としては、ベリリア（ＢｅＯ）を助剤とし
て微小添加した材料（ヒタセラームＳＣ−１０１と呼ば
れる）が、特に電気抵抗が大きく且つ熱伝導性も優れて
いることが知られている（浦満・安田富郎、「ＮＩＫＫ
ＥＩＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ」１９８４．９．２４、
ｐ．２６５参照）。この高熱伝導ＳｉＣは、熱伝導率２
７０Ｗ／ｍ°Ｋであって、例えば石英（熱伝導率１．９
Ｗ／ｍ°Ｋ）の１４２倍の熱伝導率を有する。

【００１９】次に、本発明の１実施例に係る電子銃１に
ついて詳細に説明する。図２は、本発明の１実施例に係
る電子銃の構成を示す断面図である。図２に示すよう
に、この電子銃１は、筒状の電子銃室２４を備えてい
る。この電子銃室２４の上端には、凹部２４Ａが形成さ
れている。電子銃室２４内において、凹部２４Ａ下面に
は、高圧碍子２７がねじ３０により、Ｏリング２９を介
して固定されている。

【００２０】高圧碍子２７は、高熱伝導ＳｉＣ又はＡｌ
Ｎ製である。この材料は、電圧パルスで２６ｋＶ／ｍｍ
の絶縁耐力を有する。したがって、例えば１００．１ｋ
Ｖの電圧に対しては厚さ１０ｍｍあれば高圧碍子２７の
厚さは十分であるが、本実施例では安全率を５倍大きく
取って５０ｍｍの厚さとしている。この高圧碍子２７の
側部には、軸対称のヒダ２７ａが形成されている。この
ヒダ２７ａにより、縁面放電が防止される。高圧碍子２
７の中心部には、４つのハーメチャックシール（真空シ
ール・電流導入端子）２８ａ〜２８ｄが埋設されてい
る。各ハーメチャックシール２８ａ〜２８ｄのそれぞれ
には、ケーブルが接続されている。これらケーブルは、
高圧ケーブル３１として一纏めにされ、電子銃室２４上
端の凹部２４Ａから外部に引き出されている。

【００２１】高圧碍子２７下面には、ウェーネルト電極
２２が取り付けられている。ウェーネルト電極２２は筒
状体であって、ねじ３２により固定されている。ウェー
ネルト電極２２は、ハーメチャックシール２８ａに導通
している。このウェーネルト電極２２下端には、石英ス
ペーサ２５を介してカソード２１が固定されている。カ
ソード２１は、本実施例では単結晶Ｔａ製の直径１０ｍ
ｍの円盤である。カソード２１の上側（裏側）におい
て、ハーメチャックシール２８ｂ及び２８ｃから延び出
た電極には、フィラメント２６が取り付けられている。
このフィラメント２６は、らせん状に巻かれている。フ
ィラメント２６の一端はハーメチャックシール２８ｂに
導通され、他端はハーメチャックシール２８ｃに導通さ
れている。同フィラメント２６はカソード２１を加熱
し、カソード２１の下面（電子放出面）からは電子線が
引き出される。

【００２２】高圧碍子２７下面には、ウェーネルト電極
２２の外側を囲むようにして、制御アノード電極２３が
取り付けられている。制御アノード電極２３は筒状体で
あって、下端縁には内側に張り出したフランジ２３ａを
備えている。この制御アノード電極２３は、ねじ３３に
より固定されているとともに、ハーメチャックシール２
８ｄに導通している。

【００２３】カソード２１から放出された電子線は、制
御アノード電極２３によって加速され、電子銃室２４下
端の開口部２４ａから下方に射出される。この際、ウェ
ーネルト電極２２は、カソード２１から引き出された電
子線を広がらせないよう作用する。

【００２４】次に、上記の構成からなる電子光学鏡筒全
体の作用について説明する。まず、図２に示すように、
電子銃１では、高圧ケーブル３１からハーメチャックシ
ール２８ｂ及び２８ｃを介してフィラメント２６に通電
され、カソード２１が加熱される。カソード２１の下面
からは電子線が放出されて下方に引き出される。このと
き、ウェーネルト電極２２により電子線が収束される。
カソード２１から引き出された電子線は、制御アノード
電極２３によって加速されて、電子銃室２４下端の開口
部２４ａから下方に射出される。

【００２５】本実施例のカソード２１は、単結晶Ｔａ製
であり１８５０°Ｋで動作するので、熱損失はできるだ
け小さいほうが好ましい。一方、ウェーネルト電極２２
や制御アノード電極２３は、低温のほうが熱膨張しにく
く、放出ガスも抑えられ、絶縁破壊も起こしにくい。し
たがって、カソード２１とウェーネルト電極２２間は熱
抵抗が大きく、ウェーネルト電極２２と電子銃室２４間
は熱抵抗が小さいほうが好ましい。本発明では、石英ス
ペーサ２５によりカソード２１とウェーネルト電極２２
間の熱抵抗が大きくなっているため、カソード２１から
外に逃げる熱損失が低減される。さらに、高圧碍子２７
の熱伝導は良好なため、ウェーネルト電極２２と電子銃
室２４間の熱抵抗は小さくなっており、ウェーネルト電
極２２の温度上昇は抑制されて熱膨張や放出ガスの増
加、絶縁破壊等が生じにくい。

【００２６】ここで、カソード２１とウェーネルト電極
２２間、及び、ウェーネルト電極２２と電子銃室２４間
の熱抵抗値の具体例について述べる。カソード２１の動作温度：１８００°Ｋ石英スペーサ２５の熱逃げの断面積：３１．４ｍｍ² 石英スペーサ２５の熱逃げの半径方向距離：５ｍｍ高圧碍子２７の厚み：５０ｍｍ高圧碍子２７の断面積：１２５６ｍｍ² としたとき、放射を無視すると、カソード２１とウェー
ネルト電極２２間の熱抵抗Ｒ_th（Ｋ−Ｗ）は、Ｒ_th（Ｋ−Ｗ）＝（５×１０^-3ｍ／３１．４×１０^-6ｍ²）×（ｍ°Ｋ
／１．９Ｗ）＝８３．８°Ｋ／Ｗとなる。このように、石英スペーサ２５によりカソード
２１とウェーネルト電極２２間の熱抵抗が大きくなって
いることがわかる。

【００２７】一方、ウェーネルト電極２２と電子銃室２
４間の熱抵抗Ｒ_th（Ｗ−Ｅ）は、Ｒ_th（Ｗ−Ｅ）＝（５０×１０^-3ｍ／１２５６×１０^-6ｍ²）×（ｍ°
Ｋ／２７０Ｗ）＝０．１４７°Ｋ／Ｗとなる。このように、高熱伝導ＳｉＣ製の高圧碍子２７
により、ウェーネルト電極２２と電子銃室２４間の熱抵
抗が小さくなっていることがわかる。

【００２８】したがって、ウェーネルト電極２２の上昇
温度は、上記２つの熱抵抗Ｒ_th（Ｋ−Ｗ）とＲ_th（Ｗ−
Ｅ）の比から ΔＴｗ＝（１８００−２９６）×０．１４７／８３．８＝２．６℃ となる。すなわち、ウェーネルト電極２２の温度は、２
３＋２．６＝２５．６℃程度にしか上昇しない。したが
って、熱膨張に伴うウェーネルト電極２２の寸法の狂い
が防止できる。また、ウェーネルト電極２２や制御アノ
ード電極２３、高圧碍子２７からの放出ガスが低く抑え
られるので、真空度低下による放電やコンタミネーショ
ンの成長を抑えることができる。

【００２９】次いで、電子銃１から下方に放射された電
子線は、図１の説明において上述したように、電子光学
鏡筒内で収束及び偏向され、レチクル１４の一つのサブ
フィールド（単位露光パターン領域）を照明する。そし
て、レチクル１４のパターン部を通過した電子線は、投
影レンズ７Ａ、７Ｂによって縮小され、ウエハ９上の所
定の位置に結像される。

【００３０】このような電子光学鏡鏡筒では、各開口
４、１０、１２及び１５を支持する各支持スペーサ３、
１１、１３及び１６が高熱伝導ＳｉＣからなるので、ビ
ームの入射に伴う温度上昇が抑えられる。具体的には、
各開口に入射する電子線による熱入力を１０Ｗ、各開口
を保持している支持スペーサの厚みを１×１０^-3ｍ、各
開口を保持している支持スペーサの有効面積を１×１０
^-4ｍ²とすると、支持スペーサの両面間の温度差は、（１０／２７０）×（１×１０^-3／１×１０^-4）＝０．
３７°Ｋとなる。したがって、熱膨張による寸法変化や熱歪みに
よる変形が回避でき、電極の温度上昇に伴う放出ガスの
発生が抑えられるのでコンタミネーションの成長も抑え
ることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電極の温度上昇を低減でき、コンタミネーシ
ョンが成長しにくく、絶縁破壊等が起こりにくい電子銃
及び電子光学鏡筒を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電子光学鏡筒を示す模
式的構成図である。

【図２】本発明の一実施例に係る電子銃の構成を示す断
面図である。

【符号の説明】

１電子銃２、５コ
ンデンサレンズ３、１１、１３、１６支持スペーサ４トリム
開口６Ａ、６Ｂ照射レンズ７Ａ、７Ｂ
投影レンズ９ウエハ１０成形
開口１２ブランキング開口１４レ
チクル１５コントラスト開口２１カ
ソード２２ウェーネルト電極２３制
御アノード電極２４電子銃室２５石
英スペーサ２６フィラメント２７高圧碍子２７ａ
ヒダ２８ａ〜２８ｄハーメチャックシール４１ブ
ランキング偏向器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線を放出するカソードと、該カソー
ドから放出される電子線を加速するアノードと、該アノ
ードと前記カソードの間に配置された前記電子線を収束
させるウェーネルト電極と、を備える電子銃であって；
前記ウェーネルト電極を支持・固定する高圧碍子が、高
熱伝導ＳｉＣ製であることを特徴とする電子銃。
【請求項２】前記碍子の一端部に、前記ウェーネルト
電極又はそのサポート金具が固定されており、前記碍子の他端部に、接地された電子銃室が接続されて
おり、前記碍子の一端部から他端部に至る表面に凹凸が形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の電子銃。
【請求項３】前記カソードの電子放出面の直径が５ｍ
ｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の電
子銃。
【請求項４】前記カソードの動作温度が１８００°Ｋ
以上であることを特徴とする請求項３記載の電子銃。
【請求項５】電子銃と、該電子銃から放出された電子
線又はその散乱ビームを検出する開口板電極と、を備え
る電子光学鏡筒であって；該開口板電極を絶縁又は支持
するスペーサが、高熱伝導ＳｉＣ又はＡｌＮ製であるこ
とを特徴とする電子光学鏡筒。