JP2003031114A - 電子源の製造方法 - Google Patents

電子源の製造方法

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JP2003031114A
JP2003031114A JP2001214967A JP2001214967A JP2003031114A JP 2003031114 A JP2003031114 A JP 2003031114A JP 2001214967 A JP2001214967 A JP 2001214967A JP 2001214967 A JP2001214967 A JP 2001214967A JP 2003031114 A JP2003031114 A JP 2003031114A
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electron
manufacturing
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electron emission
source
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Morikazu Sakawa
盛一 坂輪
Yoshinori Terui
良典 照井
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Denka Co Ltd
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Denki Kagaku Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】一つのチップ上に微小突起を、精度良く、しか
も安価に再現性高く、形成するための電子源の製造法を
提供する。 【解決手段】電子放射材料からなる一つの平面上に、複
数の凸部を形成することを特徴とする電子源の製造方法
であり、電子放射材料として希土類元素の六硼化物など
を用い、電子放射部分を選択的電解研磨法により形成す
ることを特徴とする前記の電子源の製造方法であり、好
ましくは、選択的電解研磨法により形成された電子放射
部分の先端部に更に機械研磨法を適用して平坦部を形成
することを特徴とする前記の電子源の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程の
一つである電子ビーム(EB)露光用などに用いられる
電子源の製造方法に関する。
【0002】近年、半導体デバイスの微細化に伴い、設
計ルールが100nm以下の露光技術の要請が高まって
いる。そのうち、露光技術としてマスクを用いたVU
V、PXL、EUV等の研究開発が進められている。一
方、高速EB描画技術は、EBのマスクレスと高解像性
能という特徴を生かし、今後期待されるSoCデバイス
の製造に適した露光、描画装置への応用が期待されてい
る。
【0003】
【従来の技術】EB露光においては、いかにスループッ
トを向上させるかということが重要である。一方、EB
描画のスループットを決定する要因の一つに、電子ビー
ムの電子間クーロン相互作用によるビーム分解能の劣化
現象があり、これを解決する方法として高速MEBDW
が提案されている。
【0004】MEBDWの方式には、カラム内にマルチ
ビームを形成する方式(例えば山田ら;J.Vac.S
ci.Technol.、B14(6)、3813(1
996))とカラムを小型化して複数配列する方式(例
えばT.R.Chanら;J.Vac.Sci.Tec
hnol.、B16(6)、3868(1998))が
提案されており、それぞれの特徴を持っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】カラム内にマルチビー
ムを形成する具体例として、ビームを電子レンズにより
偏向させる動的収差補正機構や、さらにCLAと呼ばれ
る収差補正機構を併用する方法などが提案されている。
これにより従来EB描画で問題とされてきたクーロン効
果と解像性能の関係を大幅に改善できることが、試作レ
ベルで示唆されているが、実用化にはさらに多くの検討
を必要とする。
【0006】さらに集積度を向上させる手段として電子
源をマルチ電子源とする方法があり、高輝度の観点から
電子源に用いられるLaB6のチップを多数配置したも
のや、同一チップ上に微小突起を形成するといった構造
が考えられるが、前者は電子放射させるための加熱機構
が複雑になり、後者は微小突起を精度良く形成するため
の技術的難易度が高い。
【0007】本発明の目的は、一つのチップ上に微小突
起を、精度良く、しかも安価に再現性高く、形成するた
めの電子源の製造法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、電子放射
材料からなる一つの平面上に複数の凸部を形成すること
を特徴とする電子源の製造方法であり、具体的には電子
放射材料として希土類元素の六硼化物などを用い、電子
放射部分を、マスキング法を利用して選択的電解研磨法
により形成することを特徴とする電子源の製造方法であ
り、更に好ましくは、選択的電解研磨法により形成され
た電子放射部分の先端部に更に機械研磨法を適用して平
坦部を形成することを特徴とする前記の電子源の製造方
法である。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明者は、従来技術の状況に鑑
みてさまざまな検討を重ねた結果、以下の方法を採用す
るときに、電子放射材料からなる一つの平面上に円錐状
或いは円錐台状の、複数の電子放射部分を高精度に形成
でき、しかも安価で、再現性高く電子源を製造できるこ
とを見出し、本発明に至ったものである。
【0010】即ち、本発明を電子放射材料2として例え
ばLaB6を用いる場合で例示すれば、一つの平面上に
予め金などの金属1をフォトリソグラフィーなどにより
複数の円形パターン形成し(図1参照)、それをマスク
として硝酸溶液等の電解液中で電解研磨を行うことによ
り、等方的にエッチングができることを利用し、円形パ
ターンを中心とする複数の円錐状凸部(以下単に円錐部
という)を形成する(図2参照)。その後必要に応じて
円錐部の先端をSiCなどの砥粒が分散塗布してあるラ
ッピングフィルムなどにより機械研磨法を適用すること
により、平坦部を形成し円錐台状の凸部とし、電子放射
部分とする(図3参照)。本発明は、前記の方法を採用
することにより、複数の電子放射部分を高精度に電子放
射材料の一平面上に形成することができるので、一チッ
プ上に複数の微小突起を有する構造の電子源を、安価に
再現性高く得ることができる。
【0011】本発明において、熱電子放射材料として
は、LaB6を代表とする希土類元素の六硼化物が用い
られる。尚、前記希土類元素の六硼化物について、硝酸
水溶液により室温下においても化学エッチングされる
が、多結晶の場合には粒界が優先的にエッチングが進行
するし、また単結晶においても転位などを起点とするエ
ッチピットが形成されるが、いずれも、電子放射部分と
して用いる場合、微小な凹凸が放電の原因になりうるの
で好ましくない。
【0012】本発明において、電子放射材料の一平面に
円形パターン状に円錐部を形成するに際し、電子放射材
料の適度な導電性を利用して放電加工をすることも可能
ではあるが、前記複数の円錐部を位置精度良く、歩留ま
り高く加工するには困難を伴う。これに対し、前記加工
に、選択電解研磨法を適用することが好ましい。電解研
磨法に用いるエッチング溶液を選ぶことにより、滑らか
な表面を有するエッチングが可能になる。特に交流電源
を用いると、表面に析出した酸化物(LaB6の場合硼
酸)を溶解する効果が期待できるので、非常に滑らかな
表面が得られる。更に、エッチングが等方性を有するこ
とにより、電子放射部として要求される比較的小さい先
端半径を有する円錐を形成することができる。
【0013】電解研磨をし続けることにより、マスクは
リフトオフにより除去できるが、電子源としてある程度
の長寿命を考慮すると、電子放射部である円錐頂点部に
平坦部を形成する場合がある。この場合、上記したとお
りに、機械研磨法により円錐部頂点のごく微量を除去す
ることにより、直径が数μmから数百μmの平坦部を複
数の円錐部頂点に一度に形成することができる。
【0014】
【実施例】〔実施例1〕電子放射源としてLaB6単結
晶を用い、放電加工により電子放射面が4mmφの平面
である円柱状とするとともに、その側面下部に円柱の中
心軸と平行な面を有する切欠部を形成し、後述するグラ
ファイト部材の平面で挟み込めるようにした。尚、電子
放射面が(100)面になるようにした。
【0015】次に真空蒸着法により、前記平面の表面上
にAu薄膜を約100nm形成した。その後レジストを
スピンコートにより塗布し、フォトリソグラフィーによ
り直径200μmの円形パターンを円周に沿って等間隔
となるように8個形成した。
【0016】前記レジストをマスクとして、ヨウ素とヨ
ウ化カリウムの混合水溶液に浸漬してAuをエッチング
し、その後レジストを剥離して、直径200μmの円形
パターンを有するAuを有する電子放射源とした。
【0017】次に、Auをマスクとして、10重量%硝
酸水溶液を電解液として交流電解研磨を行った。印加電
圧は0.5Vとした。Auマスクがリフトオフするまで
電解研磨を実施し、最終的に4mmφの平面上に先端半
径2μmで高さ約150μmの円錐を円周に沿って8個
形成したLaB6チップを得た。
【0018】得られたLaB6チップと導電性支持体と
を発熱性グラファイト部材を介して押圧し一体化するこ
とにより、電子放射陰極を形成した。得られた電子放射
陰極について、以下に示す方法で、その電子放射特性を
評価した。
【0019】図4に評価を実施した装置を示す。構成は
電子放射陰極3、グリッド電極4、引き出し電極5、ス
クリーン電極6からなる。チップ、グリッド及び引き出
し電極の詳細な位置関係を図5に示した。電子放射陰極
は、電源7の通電により加熱されて電子が放出し、高圧
電源9により加速されてグリッド4及び引き出し電極5
の穴を抜けてスクリーン6に到達する。このスクリーン
6に落ちる電流はエミッション電流として、電流計8に
より測定される。電子放射陰極3のチップ温度を155
0℃とし、グリッド4でのバイアス電圧はゼロ、加速電
圧を20kVの条件下でエミッション電流の測定を行っ
たところ、652μAの電流値を検出した。
【0020】〔実施例2〕フォトリソグラフィーにおけ
るマスクパターンのみを変更したことを除いて実施例1
と同じ操作により、最終的に4mmφの平面上に先端半
径2μmで高さ約150μmの円錐を円周に沿って4個
形成した。得られた電子放射陰極について、実施例1と
同じ条件にてエミッション電流の測定を行ったところ、
320μAの電流値を検出した。
【0021】〔実施例3〕実施例1と同じ方法によりA
uマスクを作製し、10重量%硝酸水溶液を電解液とし
て交流電解研磨を行った。印加電圧は0.5Vとした。
Auマスクがリフトオフするまで電解研磨を実施後、治
具により円錐部先端が露出する状態で保持して、0.1
μmのダイヤモンド砥粒が分散塗布してあるラッピング
フィルムにより機械研磨を行った。最終的に4mmφの
平面上に先端部に20μmφの平面部を有した高さ約1
20μmの円錐を円周に沿って8個形成した。得られた
電子放射陰極を実施例1と同じ条件にてエミッション電
流の測定を行ったところ、397μAの電流値を検出し
た。
【0022】〔実施例4〕実施例2と同じ方法によりA
uマスクを作製し、10重量%硝酸水溶液を電解液とし
て交流電解研磨を行った。印加電圧は0.5Vとした。
Auマスクがリフトオフするまで電解研磨を実施後、治
具により円錐部先端が露出する状態で保持して、0.1
μmのダイヤモンド砥粒が分散塗布してあるラッピング
フィルムにより機械研磨を行った。最終的に4mmφの
平面上に先端部に20μmφの平面部を有した高さ約1
20μmの円錐を円周に沿って4個形成した。得られた
電子放射陰極について、実施例1と同じ条件にてエミッ
ション電流の測定を行ったところ、203μAの電流値
を検出した。
【0023】〔比較例1〕実施例1において、フォトリ
ソグラフィーにおけるマスクパターンのみを変更し、最
終的に4mmφの平面上に先端半径2μmで高さ約15
0μmの円錐を1個形成した。得られた電子放射陰極を
実施例1と同じ条件にてエミッション電流の測定を行っ
たところ、84μAの電流値を検出した。
【0024】〔比較例2〕比較例1と同じ方法により、
Auマスクを作製し、10重量%硝酸水溶液を電解液と
して交流電解研磨を行った。印加電圧は0.5Vとし
た。Auマスクがリフトオフするまで電解研磨を実施
後、治具により円錐部先端が露出する状態で保持して、
0.1μmのダイヤモンド砥粒が分散塗布してあるラッ
ピングフィルムにより機械研磨を行った。最終的に4m
mφの平面上に先端部に20μmφの平面部を有した高
さ約120μmの円錐を円周方向に1個形成した。得ら
れた電子放射陰極を実施例1と同じ条件にてエミッショ
ン電流の測定を行ったところ、48μAの電流値を検出
した。
【0025】実施例及び比較例に係る方法で作成した電
子放射陰極のエミッション電流の測定結果を図6に示
す。横軸に示した電子放射起点数にほぼ比例して非常に
大きなエミッション電流が得られていること、そして、
それぞれの円錐部先端より電子が放射されていることが
明かである。
【0026】
【発明の効果】本発明の電子源の製造方法によれば、複
数の電子放射部分を同一チップ上に精度良く形成でき、
例えばEB露光のスループットの向上が期待できる、複
数の電子放射部分を有する電子源を安価に、再現性高く
提供できるので、産業上非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電子源の製造方法の途中経過を説明す
る図。
【図2】本発明の電子源の製造方法の途中経過を説明す
る図。
【図3】本発明の電子源の製造方法の途中経過を説明す
る図。
【図4】本発明で得られた電子源の評価装置の模式図。
【図5】本発明で得られた電子源の評価する際の電子源
とその周辺の配置図。
【図6】本発明の実施例、比較例に係る製造方法で得ら
れた電子源の評価結果を示す図。
【符号の説明】
1 ;金属(Au) 2 ;電子放射材料(LaB6) 3 ;カソード 4 ;グリッド電極 5 ;引き出し電極 6 ;スクリーン 7 ;カソード加熱用電源 8 ;電流計 9 ;電子加速用電源

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子放射材料からなる一つの平面上に複数
    の凸部を形成することを特徴とする電子源の製造方法。
  2. 【請求項2】電子放射材料が、希土類元素の六硼化物で
    あることを特徴とする請求項1記載の電子源の製造方
    法。
  3. 【請求項3】電子放射部分が、選択的電解研磨法により
    形成することを特徴とする請求項1または請求項2記載
    の電子源の製造方法。
  4. 【請求項4】選択的電解研磨法より形成された熱電子放
    射部分の先端部に、更に機械研磨法により平坦部を形成
    することを特徴とする請求項3記載の電子源の製造方
    法。
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