【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、記録メディア、光導波路などの製造における電子線を利用した微細加工に使用する電子線放出源、電子線放出源の製造方法および電子線描画装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として掲記し得る、特開２００１−６２７９１公報において、カーボンナノチューブは絶縁体で覆われている。また、特開２００１−６２７９１公報においては、カーボンナノチューブを接合する方法について記載されていない。さらに、特開２００１−６２７９１公報において、絶縁体は強度を向上させるために用いている。
【特許文献１】特開２００１−６２７９１公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
市販の電子ビーム露光装置は、大型で高価な装置構成となる。電子放出角度は、エミッタ先端の曲率半径ｒに依存しており、縮小系の光学系を採らざるを得ない。そのため、行路長は長く、ビームの収差を抑えるべく種々の電子レンズを配している。
そのうえ、微少なビーム径を得るために途中に数十μｍ径の貫通穴を有するアパーチャを介しており放出電子の初期エネルギの７０％以上を遮蔽することになり、微少ビーム径（数十ｎｍ）で大電流を得ることが困難である。市販装置では５０ｎＡ、５０ｎｍ位が限界とされている。磁界重畳型の電子銃ユニットもあるが、高価である。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、電子線の放出角度が小さくなり、また、カーボンナノチューブを接合しやすい構造を有する電子線放出源、電子線放出源の製造方法および電子ビーム径が小さくなり、微細パターンを露光することが可能な電子線描画装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、基板上に導電性を有する突起物があり、この突起物の先端以外が絶縁体で覆われ、前記突起物の先端にカーボンナノチューブが接合されている電子線放出源を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記突起物が規則的に配列されている請求項１記載の電子線放出源を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、導電性を有する基板上あるいは基板に形成されている導電性を有する薄膜上にレジストを形成し、レジストに孔を形成し、導電性を有する基板あるいは基板に形成されている導電性を有する薄膜を陰極として金属の電鋳を行うことにより突起物を形成する請求項１または２記載の電子線放出源を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、導電性を有する基板上あるいは基板に形成されている導電性を有する薄膜上にレジストを形成し、レジストが柱状に残るように露光、現像を行い、導電性を有する基板あるいは基板に形成されている導電性を有する薄膜を等方的にエッチングし、レジストを除去することにより突起物を形成する電子線放出源の製造方法を最も主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、導電性を有する基板上あるいは基板に形成されている導電性を有する薄膜上の所定の領域に電子あるいは原子を打ち込み、導電性を有する基板あるいは基板に形成されている導電性を有する薄膜を異方的にエッチングし、前記の電子あるいは原子を打ち込んだ領域を除去することにより突起物を形成する電子線放出源の製造方法を最も主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記絶縁体が樹脂からなる請求項１または２記載の電子線放出源を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記突起物を形成後、前記突起物を覆う膜厚になるように、樹脂をスピンコートあるいはスプレー法により形成し、前記絶縁体の先端が現れるまで樹脂のエッチングを行う請求項６記載の電子線放出源の製造方法を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、前記絶縁体が金属酸化物からなる請求項１または２記載の電子線放出源を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、前記突起物を形成後、前記突起物を覆う膜厚になるように、金属酸化物をスパッタリング、化学気相成長、スピンコート、スプレー法により形成し、前記絶縁体の先端が現れるまで前記金属酸化物のエッチングを行う請求項８記載の電子線放出源を主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明では、前記絶縁体を形成後、電気泳動法により前記突起物の先端にカーボンナノチューブを接合する請求項１または２記載の電子線放出源を主要な特徴とする。
請求項１１記載の発明では、請求項１または２に記載された電子線放出源を用いた電子線描画装置を主要な特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による電子線放出源の第１の実施の形態を示す断面図である。図２は本発明による電子線放出源の第２の実施の形態を示す断面図である。
図１において、第１の実施の形態は、導電性基板１上に絶縁体２が配置され、この絶縁体２によってその外周面をほとんど覆われた三角形の突起物３があり、この突起物３の先端３ａが絶縁体２から露出し、先端３ａにカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）４が配置されている構成になっている。
図２において、第２の実施の形態は、基板１が絶縁体からなり、この基板１上に導電膜（導電性を有する薄膜）５があり、この導電膜５とその上の導電性を有する三角形の突起物３が絶縁体２で覆われている。突起物３の先端３ａは絶縁体２から露出し、先端３ａにカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）４が配置されている。
基板１あるいは導電膜５に電圧をかけると、先端３ａ以外の突起物３が絶縁体２で覆われているので、突起物３の先端３ａに電界が集中し、さらにＣＮＴ４の先端に電界が集中するようになる。
【０００６】
図３は図１の本発明による電子線放出源の第１の実施の形態を示す断面図である。図において、図１の電子線放出源が複数連続している。図４は図２の本発明による電子線放出源の第２の実施の形態を示す断面図である。図において、図２の電子線放出源が複数連続している。
図３および図４においては、複数本ＣＮＴ４があるので、一度の電子線照射で複数のパターンを電子線レジストに形成することができ、高スループットを実現できる。
図５（ａ）乃至（ｅ）は第１の突起物の形成方法について順を追って説明する図である。図５（ａ）は第１の突起物の形成の第１段階を示す概略図である。（ｂ）は第１の突起物の形成の第２段階を示す概略図である。（ｃ）は第１の突起物の形成の第３段階を示す概略図である。（ｄ）は第１の突起物の形成の第４段階を示す概略図である。（ｅ）は第１の突起物の形成の第５段階を示す概略図である。
図５（ａ）において、導電性を有する基板１にポジ型レジスト６を形成する。（ｂ）において、規則的な配列に孔７ａが形成されているマスク７を使ってポジ型レジスト６の露光を行う。（ｃ）において、現像を行いポジ型レジスト６に孔６ａを形成する。
次に（ｄ）において基板１を陰極として電鋳を行うと、孔６ａの部分に電界が集中するので、孔６ａの部分に金属が析出する。所定の量の金属を析出させ、ポジ型レジスト６の除去を行うと、（ｅ）の半円球状の突起物３が完成する。
導電性を有する薄膜上に突起物を形成するときの図は省略するが、同様な方法で形成できる。突起物を形成してから、レジスト形成、配線パターンの露光、薄膜のエッチングを行うことで、図２および図４のような構造を形成することができる。
【０００７】
図６（ａ）乃至（ｅ）は第２の突起物の形成について順を追って説明する図である。図６（ａ）は第２の突起物の形成の第１段階を示す概略図である。（ｂ）は第２の突起物の形成の第２段階を示す概略図である。（ｃ）は第２の突起物の形成の第３段階を示す概略図である。（ｄ）は第２の突起物の形成の第４段階を示す概略図である。（ｅ）は第２の突起物の形成の第５段階を示す概略図である。
図６（ａ）において、導電性を有する基板１にネガ型レジスト８を形成する。（ｂ）において、規則的な配列に孔７ａが形成されているマスク７を使ってネガ型レジスト８の露光を行う。（ｃ）において、現像を行いネガ型レジスト８に柱８ａを形成する。
次に（ｄ）において基板１に等方的にエッチングを行うと、ネガ型レジスト８の下の部分ではサイドエッジのため、Ｔ型にエッチングされる。所定の量のエッチングを行い、（ｅ）において、ネガ型レジスト８の除去を行うと円錐状の突起物３が完成する。
導電性を有する薄膜上に突起物を形成するときの図は省略するが、同様な方法で形成できる。突起物を形成してから、レジスト形成、配線パターンの露光、薄膜のエッチングを行うことで、図２および図４のような構造を形成することができる。
図７（ａ）乃至（ｄ）は第３の突起物の形成について順を追って説明する図である。図７（ａ）は第３の突起物の形成の第１段階を示す概略図である。（ｂ）は第３の突起物の形成の第２段階を示す概略図である。（ｃ）は第３の突起物の形成の第３段階を示す概略図である。（ｄ）は第３の突起物の形成の第４段階を示す概略図である。
図７（ａ）において、電子や原子を加速させ、規則的な配列に孔７ａが形成されているマスク７を使って、基板１に打ち込む。（ｂ）において、導電性を有する基板１上あるいは基板１に形成されている導電性を有する薄膜上にレジスト９を形成する。
図７（ｃ）において、このレジスト９が柱状に残るように露光、現像を行い、導電性を有する基板１あるいは基板１に形成されている導電性を有する薄膜に等方的にエッチングを行う。（ｄ）において、レジスト９を除去することにより突起物３を形成する。
異方性エッチングを行うと、基板１の結晶方向により異なり、電子や原子が打ち込まれた部分はエッチング速度が低下することにより、電子や原子が打ち込まれた部分の下に突起物が形成される。所定の量のエッチングを行うと円錐の突起物が完成する。
【０００８】
導電性を有する薄膜上に突起物を形成するときの図は省略するが、同様な方法で形成できる。突起物を形成してから、レジスト形成、配線パターンの露光、薄膜のエッチングを行うことで、図２や図４に示したような構造を形成することができる。
ここで、絶縁体としては樹脂や金属酸化膜が適している。樹脂の場合、スピンコートやスプレー方式により形成することができる。突起物の高さよりも厚く膜を形成し、突起物の先端を露出させるのに、活性化した酸素などを使ってアッシングを行い、樹脂を少しずつ除去する。
金属酸化膜の場合、スパッタリングやＣＶＤ（化学気相成長）といった真空成膜や一部の酸化金属においては溶液を使ったスピンコートやスプレー方式で形成することができる。突起物の高さよりも厚く膜を形成し、突起物の先端を露出させるのに、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングを行い、金属酸化膜を少しずつ除去する。
樹脂の長所として簡単な装置で形成を行うことができ、金属酸化膜の長所として突起物の先端を露出させるのを精度よく行うことができる点が挙げられる。
図８は突起物の先端にＣＮＴを接合する方法を示す概略図である。図において、突起物３のある基板１を陰極とし、途中にグリッド１０を設けて、電気泳動を行う。ＣＮＴ４を分散させた溶液を陽極１１付近に入れる。
ＣＮＴ４は陰極１へ向かって移動し、グリッド１０を通過するとき、電界方向に対し平行な向きをとる。陰極１は突起物３の先端３ａに電界が集中するので、ＣＮＴ４は突起物３の先端３ａに接合される。
【０００９】
図９は本発明による電子線描画装置の実施の形態を示す概略図である。図９では、ＣＮＴ４が複数本配列された例を示す。各ＣＮＴ４に電源１２を設置し、各ＣＮＴ４から電子を電子線レジスト１３に独立して照射させることができる。このとき、ＣＮＴ４の配列方向に電子線レジスト１３を移動させて露光すると、ＣＮＴ４から放出させる電子線の本数を制御することによって、電子線レジスト１３へ照射する露光量を制御することができ、パターン幅を制御することができる。
ＣＮＴ４の配列方向に対し垂直な方向に電子線レジスト１３を移動させて露光すると、一度に複数本のパターンを形成でき、ＣＮＴ４から放出させる電子線の本数を制御することによって、パターン数を制御することができる。
【００１０】
さらに本発明の理解を助けるために幾つかの実施例を掲記する。
・実施例１
基板としてＳｉ（シリコン）ウェーハを使用し、東京応化製のフォトレジストＴＨＭＲ−ｉＰ３１００をＳｉウェーハ上に形成する。φ０．３μｍ程度の孔ができるように露光現像を行う。このＳｉウェーハをスルファミン酸ニッケル５５０ｇ／Ｌ、硼酸３０ｇ／Ｌ、界面活性剤数ｇ／Ｌの電鋳液に浸け、Ｓｉを陰極として、ニッケルの電鋳を行う。
ニッケルの高さが０．２μｍ程度になるように電鋳時間を設定する。電鋳後ＴＨＭＲ−ｉＰ３１００をレジスト除去剤やプラズマアッシング装置を使って除去する。Ｓｉウェーハに突起物があるように形成した後、ポリイミド樹脂をスピンコートにより形成し、プラズマアッシング装置を使って、ニッケルの先端が露出する程度ポリイミドの表面を除去していく。
ニッケルの先端にＣＮＴを電気泳動法により接合し、Ｓｉウェーハを所定の大きさにカットして、電子線放出源として使用する。ＣＮＴと電子線レジスト間の距離が１μｍ程度になるように設置する。電子線レジストとして、日本ゼオン製のＺＥＰ−５２０を使用する。真空中でＣＮＴに電圧を数百Ｖ掛け、電子をＺＥＰ−５２０に照射し、微細パターンを形成する。
【００１１】
・実施例２
石英ガラス基板上に、Ａｌ薄膜を蒸着やスパッタリングで形成し、Ａｌ（アルミニウム）膜上に東京応化製のフォトレジストＴＨＭＲ−ｉＰ３１００を形成する。φ０．３μｍ程度の孔が３μｍピッチで一列に配列して露光現像を行う。
この石英ガラス基板をスルファミン酸ニッケル５５０ｇ／Ｌ、硼酸３０ｇ／Ｌ、界面活性剤数ｇ／Ｌの電鋳液に浸け、Ａｌを陰極として、ニッケルの電鋳を行う。ニッケルの高さが０．２μｍ程度になるように電鋳時間を設定する。電鋳後ＴＨＭＲ−ｉＰ３１００をレジスト除去剤やプラズマアッシング装置を使って除去する。
このニッケルの突起物がある石英ガラス上に再び東京応化製のフォトレジストＴＨＭＲ−ｉＰ３１００を形成する。各ニッケルの突起物に電圧が掛けられるように、ＴＨＭＲ−ｉＰ３１００に配線パターンを露光し、Ａｌのエッチングを行い、Ａｌの配線を行う。
次に、ポリイミド樹脂をスピンコートにより形成し、プラズマアッシング装置を使って、ニッケルの先端が露出する程度ポリイミドの表面を除去していく。ニッケルの先端にＣＮＴを電気泳動法により接合し、石英ガラスを所定の大きさにカットして、電子線放出源として使用する。
ＣＮＴと電子線レジスト間の距離が１μｍ程度になるように設置する。電子線レジストとして、日本ゼオン製のＺＥＰ−５２０を使用する。真空中でＣＮＴに電圧を数百Ｖ掛け、電子をＺＥＰ−５２０に照射し、微細パターンを形成する。
【００１２】
・実施例３
Ｓｉウェーハ上に、シプレイ製のネガ型レジストＳＡＬ−６０１を形成する。φ０．２μｍ程度の円柱ができるように露光現像を行う。このＳｉウェーハをＫＯＨ水溶液で等方的にウェットエッチングし、ＳＡＬ−６０１を除去し、円錐状の突起物をＳｉウェーハ上に形成する。
このＳｉウェーハ上にＳｉＯ２の薄膜をスパッタリングにより形成し、Ｓｉに対し選択比が良くなるようにＣ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ１０といったエッチングガスでＳｉＯ２のドライエッチングを行う。Ｓｉの先端が露出する程度、ＳｉＯ２のエッチングを行う。
次に、Ｓｉの先端にＣＮＴを電気泳動法により接合し、Ｓｉウェーハを所定の大きさにカットして、電子線放出源として使用する。ＣＮＴと電子線レジスト間の距離が１μｍ程度になるように設置する。電子線レジストとして、日本ゼオン製のＺＥＰ−５２０を使用する。真空中でＣＮＴに電圧を数百Ｖ掛け、電子をＺＥＰ−５２０に照射し、微細パターンを形成する。
【００１３】
・実施例４
０．１〜０．２μｍ程度の孔を有するマスクを通して、５０ＫｅＶ程度加速させたＢＦ２、Ｐイオンを１００面のＳｉウェーハ上に注入する。次に１１５℃程度のヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）に１０秒、Ｓｉウェーハを浸け、Ｓｉの表面の異方性エッチングを行う。
イオンを注入した部分のエッチング速度が遅いため、イオン注入部分を頂点としたＳｉの１１１面をもった四角錐が形成される。このＳｉウェーハ上にＳｉＯ２の薄膜をスパッタリングにより形成し、Ｓｉに対し選択比が良くなるようにＣ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ１０といったエッチングガスでＳｉＯ２のドライエッチングを行う。Ｓｉの先端が露出する程度、ＳｉＯ２のエッチングを行う。
次に、Ｓｉの先端にＣＮＴを電気泳動法により接合し、Ｓｉウェーハを所定の大きさにカットして、電子線放出源として使用する。ＣＮＴと電子線レジスト間の距離が１μｍ程度になるように設置する。電子線レジストとして、日本ゼオン製のＺＥＰ−５２０を使用する。真空中でＣＮＴに電圧を数百Ｖ掛け、電子をＺＥＰ−５２０に照射し、微細パターンを形成する。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、導電性を有する突起物の周辺を絶縁体で覆って、突起物の先端の一部分が露出しているので、電圧を突起物に掛けると突起物の先端に電圧が集中することが可能になる。
請求項２によれば、ＣＮＴが複数本あるので、電子線描画において高スループットを達成できる。
請求項３によれば、導電性を有する物質の上に孔を形成し、導電性を有する物質を陰極として金属の電鋳を行うので、孔の部分に金属が析出し、半球状の突起物を形成することができる。
請求項４によれば、導電性を有する物質の上に阻害物を形成し、導電性を有する物質を等方的にエッチングを行ない、最終的に阻害物を除去するので、円錐状の突起物を形成することができる。
請求項５によれば、導電性を有する物質の表面の一部分に電子あるいは原子を打ち込み、打ち込んだ部分のエッチング速度を低下させることにより、導電性を有する物質を異方的にエッチングするとき、電子あるいは原子を打ち込んだ部分のエッチングの方向に異方性が発生し、角錐状の突起物を形成することができる。
請求項６および７によれば、導電性を有する突起物の上に樹脂を形成および樹脂をエッチングすることにより、突起物の先端が露出し、その他の部分を絶縁することができる。
請求項８および９によれば、導電性を有する突起物の上に金属酸化物を形成および金属酸化物をエッチングすることにより、突起物の先端が露出し、その他の部分を絶縁することができる。
請求項１０によれば、先端が露出している導電性を有する突起物を電極として電気泳動を行うので、突起物の先端にカーボンナノチューブを接合することができる。
請求項１１によれば、絶縁体で覆われた突起物の先端にカーボンナノチューブがあるので、カーボンナノチューブに電圧が集中し、放出角度の小さい電子を放出することができき、そのため、電子ビーム径の小さい電子線描画装置を得ることができ、微細なパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子線放出源の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明による電子線放出源の第１の実施の形態を示す断面図である
【図３】図１の本発明による電子線放出源の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図４】図２の本発明による電子線放出源の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図５】（ａ）は第１の突起物の形成の第１段階を示す概略図、（ｂ）は第１の突起物の形成の第２段階を示す概略図、（ｃ）は第１の突起物の形成の第３段階を示す概略図、（ｄ）は第１の突起物の形成の第４段階を示す概略図、（ｅ）は第１の突起物の形成の第５段階を示す概略図である。
【図６】（ａ）は第２の突起物の形成の第１段階を示す概略図、（ｂ）は第２の突起物の形成の第２段階を示す概略図、（ｃ）は第２の突起物の形成の第３段階を示す概略図、（ｄ）は第２の突起物の形成の第４段階を示す概略図、（ｅ）は第２の突起物の形成の第５段階を示す概略図である。
【図７】（ａ）は第３の突起物の形成の第１段階を示す概略図、（ｂ）は第３の突起物の形成の第２段階を示す概略図、（ｃ）は第３の突起物の形成の第３段階を示す概略図、（ｄ）は第３の突起物の形成の第４段階を示す概略図である。
【図８】突起物の先端にＣＮＴを接合する方法を示す概略図である。
【図９】本発明による電子線描画装置の実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 絶縁体
３ 突起物
３ａ 突起物の先端
４ カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）
５ 導電膜（導電性を有する薄膜）
６ ポジ型レジスト（レジスト）
７ マスク
８ ネガ型レジスト（レジスト）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam emission source used for fine processing using an electron beam in the manufacture of semiconductors, recording media, optical waveguides, and the like, a method of manufacturing the electron beam emission source, and an electron beam drawing apparatus.
[0002]
[Prior art]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-62791, which can be described as a conventional technique, a carbon nanotube is covered with an insulator. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-62791 does not disclose a method for bonding carbon nanotubes. Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-62791, an insulator is used to improve strength.
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-62791
[Problems to be solved by the invention]
A commercially available electron beam exposure apparatus has a large and expensive apparatus configuration. The electron emission angle depends on the radius of curvature r at the tip of the emitter, and a reduction optical system must be used. Therefore, the path length is long, and various electron lenses are arranged to suppress beam aberration.
In addition, in order to obtain a very small beam diameter, an aperture having a through hole having a diameter of several tens of μm is provided on the way to shield 70% or more of the initial energy of the emitted electrons. And it is difficult to obtain a large current. In a commercially available device, the limits are about 50 nA and 50 nm. There is an electron gun unit of a magnetic field superposition type, but it is expensive.
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, an electron beam emission angle is reduced, and an electron beam emission source having a structure that can easily bond carbon nanotubes, a method of manufacturing an electron beam emission source, and It is an object of the present invention to provide an electron beam lithography apparatus capable of exposing a fine pattern with a small electron beam diameter.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to claim 1, there is a projection having conductivity on the substrate, and the other end of the projection is covered with an insulator, and the tip of the projection has a carbon nanotube. The most important feature is the electron beam emission source to which is joined.
According to a second aspect of the present invention, the electron beam emitting source according to the first aspect is characterized in that the protrusions are regularly arranged.
According to the third aspect of the present invention, a resist is formed on a conductive substrate or a conductive thin film formed on the substrate, a hole is formed in the resist, and the resist is formed on the conductive substrate or the substrate. The electron beam emission source according to claim 1 or 2, wherein the projection is formed by electroforming a metal using the conductive thin film as a cathode.
According to the fourth aspect of the present invention, a resist is formed on a conductive substrate or a conductive thin film formed on the substrate, and is exposed and developed so that the resist remains in a columnar shape. The most important feature is a method of manufacturing an electron beam emission source in which a substrate or a conductive thin film formed on the substrate is isotropically etched and a resist is removed to form a projection.
According to the fifth aspect of the present invention, electrons or atoms are implanted into a predetermined region on a conductive substrate or on a conductive thin film formed on the substrate to form the conductive substrate or the substrate. The most main feature is a method for manufacturing an electron beam emission source in which a conductive thin film is anisotropically etched to remove a region where the electrons or atoms are implanted to form a projection.
According to a sixth aspect of the invention, the electron beam emission source according to the first or second aspect is characterized in that the insulator is made of a resin.
In the invention according to claim 7, after forming the protrusion, the resin is formed by spin coating or spraying so as to have a film thickness covering the protrusion, and the resin is etched until the tip of the insulator appears. The main feature of the present invention is a method of manufacturing an electron beam emission source according to claim 6.
According to an eighth aspect of the invention, the electron beam emission source according to the first or second aspect is characterized in that the insulator is made of a metal oxide.
In the invention according to claim 9, after forming the protrusion, a metal oxide is formed by sputtering, chemical vapor deposition, spin coating, or a spray method so as to have a film thickness covering the protrusion. 9. The electron beam emission source according to claim 8, wherein the metal oxide is etched until the tip of the electron beam emerges.
According to a tenth aspect of the present invention, the electron beam emission source according to the first or second aspect is further characterized in that, after forming the insulator, a carbon nanotube is bonded to the tip of the protrusion by electrophoresis.
An eleventh aspect of the invention is characterized mainly by an electron beam lithography apparatus using the electron beam emission source according to the first or second aspect.
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of an electron beam emitting source according to the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the electron beam emitting source according to the present invention.
In FIG. 1, the first embodiment has a triangular projection 3 in which an insulator 2 is disposed on a conductive substrate 1 and the outer peripheral surface of the insulator 2 is almost covered by the insulator 2. Is exposed from the insulator 2, and a carbon nanotube (CNT) 4 is disposed at the tip 3a.
In FIG. 2, in the second embodiment, a substrate 1 is made of an insulator, a conductive film (conductive thin film) 5 is provided on the substrate 1, and the conductive film 5 and a conductive film thereon are provided. The triangular projection 3 is covered with the insulator 2. The tip 3a of the projection 3 is exposed from the insulator 2, and a carbon nanotube (CNT) 4 is disposed on the tip 3a.
When a voltage is applied to the substrate 1 or the conductive film 5, since the protrusions 3 other than the tip 3a are covered with the insulator 2, the electric field concentrates on the tip 3a of the protrusion 3 and further the electric field concentrates on the tip of the CNT 4. I will do it.
[0006]
FIG. 3 is a sectional view showing a first embodiment of the electron beam emission source according to the present invention shown in FIG. In the figure, a plurality of electron beam emission sources in FIG. 1 are continuous. FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the electron beam emitting source according to the present invention shown in FIG. In the figure, a plurality of electron beam emission sources in FIG. 2 are continuous.
In FIGS. 3 and 4, since there are a plurality of CNTs 4, a plurality of patterns can be formed on the electron beam resist by a single irradiation of the electron beam, and high throughput can be realized.
FIGS. 5A to 5E are diagrams for explaining a method of forming the first protrusion in order. FIG. 5A is a schematic view showing a first stage of the formation of the first protrusion. (B) is a schematic diagram showing a second stage of the formation of the first protrusion. (C) is a schematic diagram showing a third stage of the formation of the first protrusion. (D) is a schematic diagram showing a fourth stage of the formation of the first protrusion. (E) is a schematic diagram showing a fifth stage of formation of the first protrusion.
In FIG. 5A, a positive resist 6 is formed on a substrate 1 having conductivity. In (b), the positive resist 6 is exposed using a mask 7 having holes 7a formed in a regular array. In (c), development is performed to form holes 6 a in the positive resist 6.
Next, in (d), when electroforming is performed using the substrate 1 as a cathode, an electric field concentrates on the hole 6a, so that metal is deposited on the hole 6a. When a predetermined amount of metal is deposited and the positive resist 6 is removed, the semi-spherical projection 3 shown in FIG.
Although illustration of forming a projection on a thin film having conductivity is omitted, the projection can be formed by a similar method. After the formation of the protrusions, the resist is formed, the wiring pattern is exposed, and the thin film is etched, whereby the structure shown in FIGS. 2 and 4 can be formed.
[0007]
FIGS. 6A to 6E are diagrams for explaining the formation of the second projection in order. FIG. 6A is a schematic view showing a first stage of the formation of the second protrusion. (B) is a schematic diagram showing a second stage of the formation of the second protrusion. (C) is a schematic diagram showing a third stage of formation of the second protrusion. (D) is a schematic diagram showing a fourth stage of formation of the second protrusion. (E) is a schematic diagram showing a fifth stage of formation of the second protrusion.
In FIG. 6A, a negative resist 8 is formed on a substrate 1 having conductivity. In (b), the negative resist 8 is exposed using the mask 7 in which the holes 7a are formed in a regular arrangement. In (c), development is performed to form columns 8a on the negative resist 8.
Next, when the substrate 1 is isotropically etched in (d), the portion under the negative resist 8 is etched into a T-shape because of the side edges. When a predetermined amount of etching is performed and the negative resist 8 is removed in (e), the conical projection 3 is completed.
Although illustration of forming a projection on a thin film having conductivity is omitted, the projection can be formed by a similar method. After the formation of the protrusions, the resist is formed, the wiring pattern is exposed, and the thin film is etched, whereby the structure shown in FIGS. 2 and 4 can be formed.
FIGS. 7A to 7D are diagrams illustrating the formation of the third protrusion in order. FIG. 7A is a schematic view showing a first stage of the formation of the third protrusion. (B) is a schematic diagram showing a second stage of the formation of the third protrusion. (C) is a schematic diagram showing a third stage of formation of a third protrusion. (D) is a schematic diagram showing a fourth stage of formation of the third protrusion.
In FIG. 7A, electrons and atoms are accelerated and implanted into the substrate 1 using a mask 7 having holes 7a formed in a regular array. In (b), a resist 9 is formed on the conductive substrate 1 or on the conductive thin film formed on the substrate 1.
In FIG. 7C, exposure and development are performed so that the resist 9 remains in a columnar shape, and the conductive substrate 1 or a conductive thin film formed on the substrate 1 is isotropically etched. In (d), the protrusions 3 are formed by removing the resist 9.
When anisotropic etching is performed, the crystallographic direction of the substrate 1 differs, and a portion where electrons or atoms are implanted has a reduced etching rate, so that a protrusion is formed below the portion where electrons or atoms are implanted. . When a predetermined amount of etching is performed, a conical protrusion is completed.
[0008]
Although illustration of forming a projection on a thin film having conductivity is omitted, the projection can be formed by a similar method. After the formation of the protrusions, the resist is formed, the wiring pattern is exposed, and the thin film is etched, whereby the structure shown in FIGS. 2 and 4 can be formed.
Here, a resin or a metal oxide film is suitable as the insulator. In the case of a resin, it can be formed by spin coating or spraying. A film is formed thicker than the height of the projection, and ashing is performed using activated oxygen or the like to expose the tip of the projection to remove the resin little by little.
In the case of a metal oxide film, it can be formed by vacuum coating such as sputtering or CVD (Chemical Vapor Deposition), or by spin coating using a solution or a spray method for some metal oxides. A film thicker than the height of the projection is formed, and dry etching such as RIE (reactive ion etching) is performed to expose the tip of the projection to remove the metal oxide film little by little.
An advantage of the resin is that it can be formed by a simple device, and an advantage of the metal oxide film is that the tip of the protrusion can be accurately exposed.
FIG. 8 is a schematic view showing a method of joining CNT to the tip of a protrusion. In the figure, a substrate 1 having a projection 3 is used as a cathode, and a grid 10 is provided in the middle to perform electrophoresis. The solution in which CNT4 is dispersed is put near the anode 11.
The CNT 4 moves toward the cathode 1 and, when passing through the grid 10, takes a direction parallel to the direction of the electric field. Since the electric field concentrates on the tip 3 a of the projection 3 on the cathode 1, the CNT 4 is bonded to the tip 3 a of the projection 3.
[0009]
FIG. 9 is a schematic view showing an embodiment of an electron beam writing apparatus according to the present invention. FIG. 9 shows an example in which a plurality of CNTs 4 are arranged. A power supply 12 is provided for each CNT 4, and electrons can be irradiated from each CNT 4 to the electron beam resist 13 independently. At this time, when the electron beam resist 13 is moved in the arrangement direction of the CNTs 4 and exposed, the number of electron beams emitted from the CNTs 4 can be controlled to control the amount of exposure to irradiate the electron beam resist 13. The width can be controlled.
When the electron beam resist 13 is moved in the direction perpendicular to the arrangement direction of the CNTs 4 and exposed, a plurality of patterns can be formed at one time, and the number of patterns is controlled by controlling the number of electron beams emitted from the CNTs 4. be able to.
[0010]
Some examples are provided to further understand the present invention.
-Example 1
Using a Si (silicon) wafer as a substrate, a photoresist THMR-iP3100 manufactured by Tokyo Ohka is formed on the Si wafer. Exposure development is performed so as to form a hole having a diameter of about 0.3 μm. This Si wafer is immersed in an electroforming solution of 550 g / L of nickel sulfamate, 30 g / L of boric acid, and several g / L of a surfactant, and nickel is electroformed using Si as a cathode.
The electroforming time is set so that the nickel height is about 0.2 μm. After the electroforming, the THMR-iP3100 is removed using a resist remover or a plasma ashing apparatus. After the projections are formed on the Si wafer, a polyimide resin is formed by spin coating, and the surface of the polyimide is removed using a plasma ashing device to the extent that the tips of nickel are exposed.
The CNT is bonded to the tip of nickel by electrophoresis, and the Si wafer is cut into a predetermined size and used as an electron beam emission source. It is set so that the distance between the CNT and the electron beam resist is about 1 μm. ZEP-520 manufactured by Zeon Corporation is used as an electron beam resist. A voltage of several hundred volts is applied to the CNT in a vacuum, and electrons are irradiated to the ZEP-520 to form a fine pattern.
[0011]
-Example 2
An Al thin film is formed on a quartz glass substrate by vapor deposition or sputtering, and a photoresist THMR-iP3100 manufactured by Tokyo Ohka is formed on the Al (aluminum) film. Exposure development is performed by arranging holes of about 0.3 μm in a line at a pitch of 3 μm.
This quartz glass substrate is immersed in an electroforming solution containing 550 g / L of nickel sulfamate, 30 g / L of boric acid and several g / L of a surfactant, and nickel is electroformed using Al as a cathode. The electroforming time is set so that the nickel height is about 0.2 μm. After the electroforming, the THMR-iP3100 is removed using a resist remover or a plasma ashing apparatus.
A photoresist THMR-iP3100 made by Tokyo Ohka is formed again on the quartz glass having the nickel protrusions. A wiring pattern is exposed on the THMR-iP 3100 so that a voltage is applied to each nickel protrusion, Al etching is performed, and Al wiring is performed.
Next, a polyimide resin is formed by spin coating, and the surface of the polyimide is removed using a plasma ashing apparatus to the extent that the tip of nickel is exposed. CNT is bonded to the tip of nickel by electrophoresis, and quartz glass is cut into a predetermined size and used as an electron beam emission source.
It is set so that the distance between the CNT and the electron beam resist is about 1 μm. ZEP-520 manufactured by Zeon Corporation is used as an electron beam resist. A voltage of several hundred volts is applied to the CNT in a vacuum, and electrons are irradiated to the ZEP-520 to form a fine pattern.
[0012]
-Example 3
On a Si wafer, a negative resist SAL-601 made by Shipley is formed. Exposure development is performed so that a cylinder having a diameter of about 0.2 μm is formed. The Si wafer is isotropically wet-etched with a KOH aqueous solution to remove SAL-601, and conical protrusions are formed on the Si wafer.
A thin film of SiO 2 is formed on this Si wafer by sputtering, and dry etching of SiO 2 is performed with an etching gas such as C 2 F 6 , C 3 F 8 , and C 4 F 10 so as to improve the selectivity with respect to Si. . Etching of SiO 2 is performed to such an extent that the tip of Si is exposed.
Next, the CNT is bonded to the tip of Si by electrophoresis, and the Si wafer is cut into a predetermined size and used as an electron beam emission source. It is set so that the distance between the CNT and the electron beam resist is about 1 μm. ZEP-520 manufactured by Zeon Corporation is used as an electron beam resist. A voltage of several hundred volts is applied to the CNT in a vacuum, and electrons are irradiated to the ZEP-520 to form a fine pattern.
[0013]
-Example 4
BF 2 and P ions accelerated by about 50 KeV are implanted into a 100-plane Si wafer through a mask having holes of about 0.1 to 0.2 μm. Next, the Si wafer is immersed in hydrazine (N 2 H 4 ) at about 115 ° C. for 10 seconds to perform anisotropic etching of the Si surface.
Since the etching rate of the portion into which the ions are implanted is low, a quadrangular pyramid having 111 surfaces of Si having the apex at the ion-implanted portion is formed. A thin film of SiO 2 is formed on this Si wafer by sputtering, and dry etching of SiO 2 is performed with an etching gas such as C 2 F 6 , C 3 F 8 , and C 4 F 10 so as to improve the selectivity with respect to Si. . Etching of SiO 2 is performed to such an extent that the tip of Si is exposed.
Next, the CNT is bonded to the tip of Si by electrophoresis, and the Si wafer is cut into a predetermined size and used as an electron beam emission source. It is set so that the distance between the CNT and the electron beam resist is about 1 μm. ZEP-520 manufactured by Zeon Corporation is used as an electron beam resist. A voltage of several hundred volts is applied to the CNT in a vacuum, and electrons are irradiated to the ZEP-520 to form a fine pattern.
[0014]
【The invention's effect】
As described above, according to claim 1, the periphery of the conductive projection is covered with the insulator, and a part of the tip of the projection is exposed. Voltage can be concentrated at the tip of the
According to the second aspect, since there are a plurality of CNTs, high throughput can be achieved in electron beam lithography.
According to the third aspect, since holes are formed on the conductive material and the metal is electroformed using the conductive material as a cathode, the metal is deposited at the holes and the hemispherical projection is formed. Can be formed.
According to the fourth aspect, an obstacle is formed on the conductive material, the conductive material is isotropically etched, and the inhibitor is finally removed. Can be formed.
According to the fifth aspect, when electrons or atoms are implanted into a part of the surface of the conductive material and the etching rate of the implanted portion is reduced, the conductive material is anisotropically etched. Alternatively, anisotropy occurs in the direction of etching of the portion where the atoms are implanted, so that pyramid-shaped protrusions can be formed.
According to the sixth and seventh aspects, by forming a resin on the conductive projection and etching the resin, the tip of the projection is exposed and the other portions can be insulated.
According to the eighth and ninth aspects, by forming the metal oxide on the conductive protrusion and etching the metal oxide, the tip of the protrusion is exposed and the other portions can be insulated. .
According to the tenth aspect, electrophoresis is performed using the conductive protrusion having the exposed end as an electrode, so that the carbon nanotube can be bonded to the end of the protrusion.
According to the eleventh aspect, since the carbon nanotube is at the tip of the protrusion covered with the insulator, voltage is concentrated on the carbon nanotube, and electrons with a small emission angle can be emitted. And a fine pattern can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an electron beam emission source according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a first embodiment of the electron beam emitting source according to the present invention; FIG. 3 is a sectional view showing a first embodiment of the electron beam emitting source according to the present invention shown in FIG. 1; is there.
FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the electron beam emitting source according to the present invention shown in FIG. 2;
5A is a schematic diagram showing a first stage of forming a first projection, FIG. 5B is a schematic diagram showing a second stage of forming a first projection, and FIG. (D) is a schematic diagram showing a fourth stage of the formation of the first projection, and (e) is a schematic diagram showing a fifth stage of the formation of the first projection. FIG.
6A is a schematic diagram showing a first stage of forming a second projection, FIG. 6B is a schematic diagram showing a second stage of forming a second projection, and FIG. (D) is a schematic diagram showing a fourth stage of the formation of the second projection, and (e) is a schematic diagram showing a fourth stage of the formation of the second projection. FIG.
7A is a schematic diagram showing a first stage of formation of a third projection, FIG. 7B is a schematic diagram showing a second stage of formation of a third projection, and FIG. FIG. 7D is a schematic diagram showing a third stage of the formation of the projection, and FIG. 7D is a schematic diagram showing a fourth stage of the formation of the third projection.
FIG. 8 is a schematic view showing a method of joining CNT to the tip of a protrusion.
FIG. 9 is a schematic view showing an embodiment of an electron beam writing apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Insulator 3 Projection 3a Tip of projection 4 Carbon nanotube (CNT)
5 Conductive film (conductive thin film)
6 Positive resist (resist)
7 Mask 8 Negative resist (resist)
