(57)【要約】【課題】  照明一様性の良好な電子銃を提供する。【解決手段】  カソード１の電子放出面の表面粗さが、平均が１μｍ（ｐ−ｐ）〜３０μｍ（ｐ−ｐ）で、ばらつきが平均の±５０％以内とされていることを特徴とする電子銃。この電子銃を使用すれば、電子放出角度が大きくなるのでエミッタンスが大きくなる。従って、シェーピングアパーチャ上におけるカソード面の像を拡大することでき、それに予より、照明一様性が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードの電子放出面の表面粗さが、平均が１μｍ（ｐ−ｐ）〜３０μｍ（ｐ−ｐ）で、ばらつきが平均の±５０％以内とされていることを特徴とする電子銃。
【請求項２】
請求項１に記載の電子銃を有することを特徴とする電子線露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子銃及びそれを使用した電子線露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの集積度の向上と共に、その製造工程におけるリソグラフィに使用される露光装置として、従来の可視光や紫外線を使用したものより微細なパターンの露光が可能な荷電粒子線露光装置、特に電子線露光装置の開発が進められている。このような電子線露光装置の例は、例えば特開２０００−４９０７９号公報（特許文献１）に記載されている。電子線露光装置として開発の主流をなすものは、分割露光転写方式のものである。これは、露光すべきエリアをサブフィールドと呼ばれる小領域に分割し、このサブフィールドごとに露光を行って、その像を繋ぎ合わせて全体の露光すべきエリアの露光を行うものである。一般に、このサブフィールドの大きさは、レチクル上で１ｍｍ角、ウエハ上で0.25ｍｍ角である。
【０００３】
このような電子線露光装置においては高いエミッタンスの電子銃が必要となる。一例として電子銃のカソードとして数ｍｍφのTaが用いられている。電子線露光装置で使われる電子銃としては温度制限領域で動作する低輝度（１０３Ａ／ｃｍ２・ｓｒ以下、at100kV）の電子銃が開発されている。電子線露光装置の代表的なコンデンサレンズ系を図３に示す。図３において、１は電子を放出するカソードであり、電子を放出する面は鏡面状に磨かれている。カソードの形状は、ビームの位置調整を容易にするため、及びカソード面の温度一様性を良くするために円形のものが採用されている。
【０００４】
カソードから放出された電子ビーム６は、第１のレンズ２によりトリムアパーチャ３上に集光される。この集光された部分７はクロスオーバと呼ばれ、この点においてビーム強度プロファイルはほぼGAUSS分布になっている。通常は、トリムアパーチャ３によりクロスオーバビームの半分程度が遮蔽される。トリムアパーチャ３を透過したビームは、第２のレンズ４により矩形穴のシェーピングアパーチャ５にほぼ垂直になるよう集光される。このときカソードの結像面８は、シェーピングアパーチャ５から数10mm以上、上方向又は下方向に離れるように設計されている。カソードの結像面８がシェーピングアパーチャ５上に来ないよう設計されているのは、カソード面上の微小なキズや結晶欠陥がシェーピングアパーチャ５上に転写されるのを防ぐためである。通常の電子線露光装置ではこのコンデンサレンズ系の後に偏向照明系が設置され、このシェーピングアパーチャ像をレチクル上に偏向・転写する。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−４９０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子線露光装置においては、シェーピングアパーチャ上の電流分布、又はレチクル上の電流分布には１％P-P以下の一様性が要求されている。この一様性を達成するためには電子源となるカソード表面の温度分布にもかなり厳しい一様性が要求されることになる。例として、仕事関数4.05eVのカソード表面の温度と放出電流密度の関係を図４に示す。放出電流密度は放出部の温度に敏感に反応し、放出電流分布を１％P-P以下の変動分布に抑えようとすると、カソード表面温度も１℃P-P以下の変動に抑えねばならない。しかしながら、実際のカソード表面の温度は一様性が悪く、シェーピングアパーチャ上の電流分布を１％P-Pに抑えることは非常に困難である。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、照明一様性の良好な電子銃及びそれを使用した荷電粒子線露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための第１の手段は、カソードの電子放出面の表面粗さが、平均が１μｍ〜３０μｍ（ｐ−ｐ）で、ばらつきが平均の±５０％以内とされていることを特徴とする電子銃である。
【０００９】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第２の手段である電子銃を有することを特徴とする電子線露光装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、照明一様性の良好な電子銃及びそれを使用した荷電粒子線露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態である電子線露光装置の電子銃とその周辺の光学系の態様を示す図である。カソード１は、その電子放出面の表面粗さが、平均が１μｍ〜３０μｍ（ｐ−ｐ）で、ばらつきが平均の±５０％以内とされている（すなわち、表面粗さの最大値と最小値が平均値の±５０％以内にある）。その他の構成は、図３に示した従来のものと同じである。すなわち、カソード１から放出された電子ビーム６は、第１のレンズ２によりトリムアパーチャ３上に集光される。この集光された部分７はクロスオーバと呼ばれ、ビーム強度プロファイルはほぼGAUSS分布になっている。通常は、トリムアパーチャ３によりクロスオーバビームの半分程度が遮蔽される。トリムアパーチャ３を透過したビームは、第２のレンズ４により矩形穴のシェーピングアパーチャ５にほぼ垂直になるよう集光される。このときカソードの結像面８は、シェーピングアパーチャ５から数10mm以上、上方向又は下方向に離れるように設計されている。
【００１２】
この実施の形態においては、電子銃の円形のカソード表面を上記の量だけで荒らすことにより、カソードから放出される電子の放出角分布を、従来の鏡面状カソードよりも大きくすることができる。エミッション面の直径×電子放出半角はエミッタンスと呼ばれるもので、光学系においてはこの量は光学系のどの部分でも一定に保たれる量である。すなわち、本実施の形態では、表面を荒らすことにより光学系の実質的なエミッタンスを増大させている。カソード表面を凹凸にしても、シェーピングアパーチャ上でのカソード像ボケは、通常数１０μｍ以上なので、凹凸量が平均３０μｍ（ｐ−ｐ）で、ばらつきが平均値の±５０％以下であれば、カソードの凹凸は照明一様性の劣化を引き起こすことはない。一方、凹凸量が１μｍ（ｐ−ｐ）以上ないと、電子の放出角を大きくする効果が少ない。又、ばらつきが平均値の±５０％を超えると、照明むらが大きくなる。
【００１３】
本実施の形態においては、カソード上での温度一様性が良い部分の大きさは従来と変わらないが、表面を荒らすことにより放出角は数割以上増加する。従って、従来のコンデンサレンズ系の縮小率が0.5であったっ場合には、この新しいカソードでは、シェーピングアパーチャ上の電子の開き角分布を従来と同じに保ったまま、縮小率を0.7〜1.0程度に小さくできる。つまり、カソード面の像を従来よりも拡大して使用できるということである。
【００１４】
拡大して使用できるため、照明一様性は自動的に改善されることになる。この様子を図２に示す。図２（ａ）は、従来のカソードを使用した場合のシェーピングアパーチャ５での電流分布を示す図である。ａはシェーピングアパーチャ穴上での照明一様性を表す。図４（ｂ）は本発明のカソードを使用した場合のシェーピングアパーチャ５での電流分布を示す図である。カソードの像が従来よりも拡大されているので、シェーピングアパーチャを通り抜ける電子線の照明一様性はｂのようになり、ａに比べて変化が小さくなっている。
【００１５】
本発明の実施の形態である電子線露光装置については、電子銃が図１に示したようなものである他は、特許文献１に記載するものと変わりはなく、その構成は周知のものであるので、特許文献１を引用してその説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態である電子線露光装置の電子銃とその周辺の光学系の態様を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、照明一様性が改善される理由を説明するための図である。
【図３】従来の電子線露光装置の代表的なコンデンサレンズ系の概要を示す図である。
【図４】カソード表面の温度と放出電流密度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１…カソード、２…第１のレンズ、３…トリムアパーチャ、４…第２のレンズ、５…シェーピングアパーチャ、６…電子ビーム、７…クロスオーバ部分、８…カソードの結像面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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