JPH03176953A - Laser excitation form high current density type electron beam generator - Google Patents

Laser excitation form high current density type electron beam generator

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JPH03176953A
JPH03176953A JP13731790A JP13731790A JPH03176953A JP H03176953 A JPH03176953 A JP H03176953A JP 13731790 A JP13731790 A JP 13731790A JP 13731790 A JP13731790 A JP 13731790A JP H03176953 A JPH03176953 A JP H03176953A
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cesium
cathode
electron
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Peter E Oettinger
ピーター イー.ウッテインガー
Chunghsin Lee
チャンシン リー
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Abstract

PURPOSE: To generate an electron beam having high electric current density by covering a front face of a transparent substrate with a semitransparent film, and exaporating a photoelectron emitting material on it. CONSTITUTION: A light beam emitted from a laser 10 is controlled on its beam intensity by a modulator 11, and is deflected, and is introduced by an optical vertical train 12, and a focus is adjusted on a photoelectron emitting cathode 16 through lens 15. The cathode has a photoelectron emitting surface formed of, for example, Cs3 Sb to emit an electron when irradiated with a laser beam. A transparent substrate 40 to pass the light is arranged in the cathode 16, and a metallic coating layer 42 is deposited on one surface of the substrate 40 except for a central area 44. Next, a translucent conductive layer 46 is deposited on the layer 42 and the area 44, and lastely, a layer 48 of a photoelectron emitting material is generated in the area 44. By this constitution, a strong laser beam can be applied from a back face of the substrate 40, and high density photoelectron gas can be generated in the forward direction of the substrate 40.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は適切な波長とエネルギのレーザビームによる照
射に応答して高電流密度の電子ビームを放射する機能を
有し、特に電子ビーム半導体リソグラフィのための電子
供給源に適した光電子放射用電子ビーム発生器に関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Applications] The present invention has the ability to emit a high current density electron beam in response to irradiation with a laser beam of appropriate wavelength and energy, and is particularly applicable to electron beam semiconductor lithography. The present invention relates to an electron beam generator for photoelectron emission suitable as an electron source for.

[従来の技術] 半導体チップ上に置かれる素子の数が増加するにつれて
、チップ上に多くの素子を生成するためには、高解像度
を有するリソグラフィ装置を開発しなければならない。
BACKGROUND OF THE INVENTION As the number of devices placed on a semiconductor chip increases, lithographic apparatuses with high resolution must be developed to produce more devices on the chip.

しかし、可視波長で動作している光学式リソグラフィ装
置でははfl、25ミクロンに解像度限界を有する。電
子ビームはこの限界値以下に特徴寸法を減するように提
案され、満足に使用されている。高エネルギ電子のドブ
ロイ波長は短波長であるために、このような装置は1ミ
クロン以下の解像度を具備することができる。
However, optical lithography equipment operating at visible wavelengths has a resolution limit of fl, 25 microns. Electron beams have been proposed and used successfully to reduce feature sizes below this limit. Due to the short de Broglie wavelength of high-energy electrons, such devices can have submicron resolution.

最近のリングラフィ装置では高解像度と共に高速書込み
(高処理能力)を達成しなければならないため、それら
の電子エネルギビームも高輝度を有するものでなければ
ならず、これは電子ビームに高電流密度が要求される場
合に相当するものである。非常に複雑なパターンの露光
が直接、半導体チップ上に行われるようにして、電子ビ
ームを高速で偏向して変調をかける所謂、直接書込み法
の応用にはこの性質が特に重要である。この直接書込み
法は、すべての特徴形状をチップ上へ同時露光するため
のマスク素子を、全パターンの形状を定めるために使用
する従来の投影式リソグラフィ技法とは、対照的である
Since modern phosphorography equipment has to achieve high resolution as well as high speed writing (high throughput), their electron energy beams must also have high brightness, which means that the electron beam has a high current density. This corresponds to the case where it is requested. This property is particularly important in the application of the so-called direct writing method, in which a highly complex pattern is exposed directly onto the semiconductor chip, and the electron beam is deflected and modulated at high speed. This direct writing method is in contrast to traditional projection lithography techniques, which use mask elements to define the entire pattern for simultaneous exposure of all features onto the chip.

リソグラフィに使用される明るい電子源は公知である。Bright electron sources used in lithography are known.

例えば、タングステンとLaBeとの熱陰極、バリウム
の含浸形陰極、ならびに加熱W10/Zr形フィールド
エミッタなどが使用されている。このようなフィールド
エミッタは5 X 10’A/cm2/sr(アンペア
/平方センチメータ/ステラジアン)の公称輝度に到達
している。
For example, tungsten and LaBe hot cathodes, barium impregnated cathodes, and heated W10/Zr type field emitters have been used. Such field emitters reach a nominal brightness of 5 x 10'A/cm2/sr (Ampere/square centimeter/steradian).

[発明が解決しようとする課題] しかし、これらの電子源はそれぞれ好ましくない性質を
備えている。タングステンフィラメントは動作温度にお
いて蒸発速度が大きい。La5sは容易に環境の不純物
に汚染され、動作温度において安定な結合を保持するこ
とは困難であり、望ましくない電流密度ローブを形成す
る。含侵形陰極は動作温度において蒸発する傾向にあり
、さらに容易に使えなくなる。さらに、加熱形陰極支持
装置は高い温度で熱ひずみを受ける。このようなひずみ
は電子ビームに構成上の変化をもたらす傾向がある。最
後に、フィールドエミッタも容易に損傷され、点状のマ
イグレーションあるいはフリッカを引起すことがあり、
しばしば予期し得ない再処理が必要であり、もし加熱し
た場合には高温支持装置によって引起された幾何学的ひ
ずみによりビーム誤差を同様に招くことがある。熱陰極
エミッタは有限の加熱時間による制限を受け、その加熱
時間のために電子源を高速で密度変調することが不可能
である。熱陰極を備えたりソグラフィ装置ではターゲツ
ト面上でのビーム変調が静電的に行われ、リソグラフィ
用のコラムの内部に置かれた帰線消去電極をさらに複雑
にする必要がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, each of these electron sources has undesirable properties. Tungsten filaments have a high evaporation rate at operating temperatures. La5s is easily contaminated by environmental impurities, has difficulty maintaining stable bonds at operating temperatures, and forms undesirable current density lobes. Impregnated cathodes tend to evaporate at operating temperatures and are more easily rendered unusable. Additionally, heated cathode support devices are subject to thermal strain at elevated temperatures. Such distortions tend to cause compositional changes in the electron beam. Finally, field emitters can also be easily damaged, causing spot migration or flickering.
Unpredictable reprocessing is often necessary and, if heated, beam errors can be introduced as well due to geometric distortions induced by the hot support equipment. Hot cathode emitters are limited by a finite heating time, which precludes rapid density modulation of the electron source. In lithographic apparatus with hot cathodes, beam modulation on the target surface is performed electrostatically, requiring further complexity of the blanking electrodes located inside the lithographic column.

冷陰極エミッタは環境的に安定な沃化セシウムならびに
パラジウムなどの光電子放射陰極として公知である。こ
の光電子放射陰極は】0−4〜1O−5)ルの範囲の低
真空状態で動作するりソグラフィ用コラムに電子を与え
るために紫外光が照射されているが、これらの陰極は低
輝度(はぼ1O−50A/cm2/sr)であるために
投影形リソグラフィへの使用に限定されている。
Cold cathode emitters are known as environmentally stable photoemissive cathodes such as cesium iodide and palladium. These photoelectron emitting cathodes operate in low vacuum conditions in the range of 0-4 to 1O-5) and are irradiated with ultraviolet light to provide electrons to the lithography column; It is limited to use in projection lithography because of its low energy consumption (approximately 10-50 A/cm2/sr).

高解像度リソグラフィに対するいまひとつの基準は、電
子源が一様であり、事実上、単色光であってエネルギ範
囲の拡がりが小さい電子ビームを放射する機能を有する
ことである。拡がりの小さい電子ビームは最小寸法のス
ポットを形成して焦点を結ふことができるため、単色の
電子エネルギは高解像度の撮像をするために必要である
Another criterion for high-resolution lithography is that the electron source has the ability to emit an electron beam that is uniform, monochromatic in nature, and has a small energy range. Monochromatic electron energy is necessary for high-resolution imaging because a narrowly divergent electron beam can be focused to form a spot of minimum size.

本発明の第1の目的は、低温度で動作する光電子放射源
から高電流密度の電子ビームを発生ずるための電子ビー
ム発生器を提供することにある。
A first object of the present invention is to provide an electron beam generator for generating a high current density electron beam from a photoelectronic radiation source operating at low temperatures.

本発明の第2の目的は、発生した電子ビームが事実上単
色(単一エネルギ)のものであり、電子ビームが最小寸
法に焦点を結ぶことができることにより、高解像度の撮
像することができる様な電子源を製造する方法を提供す
ることにある。
A second object of the present invention is that the generated electron beam is virtually monochromatic (single energy) and that the electron beam can be focused on the smallest dimensions, allowing for high resolution imaging. The object of the present invention is to provide a method for manufacturing a unique electron source.

本発明の第3の目的は、現存する光学的に単色の可視光
連続波(CW)レーザに適合したスペクトル応答を有す
る光電子放射陰極を提供することにある。
A third object of the invention is to provide a photoemissive cathode with a spectral response compatible with existing optically monochromatic visible continuous wave (CW) lasers.

本発明の第4の目的は、形成と再生とが容易な光電子放
射面を提供することにある。
A fourth object of the invention is to provide a photoemissive surface that is easy to form and reproduce.

本発明の第5の目的は、活性化するためのレーザビーム
を変調することによって強度変調することができる電子
ビームを形成する、リソグラフィ用電子源として適切な
装置を提供し、これにより電子線帰線消去を与え、且つ
、近接効果を減することにある。
A fifth object of the present invention is to provide an apparatus suitable as an electron source for lithography, forming an electron beam whose intensity can be modulated by modulating a laser beam for activation, thereby allowing electron beam return. The purpose is to provide line cancellation and reduce proximity effects.

本発明の第6の目的は、放射されたビームが空間的に一
様であり照射光ビームを成形することにより成形できる
電子源を提供することにある。
A sixth object of the invention is to provide an electron source whose emitted beam is spatially uniform and can be shaped by shaping the irradiated light beam.

[課題を解決するための手段] 本発明のレーザ励起式高電流密度形の電子ビム発生器は
、 連続波レーザと、 前記レーザの光出力ビームの強度を変化させ、または偏
向させるための変調器と、 前記レーザの出力ビームにより照射される様に位置決め
されていて、アンチモン化セシウムまたはアンチモン化
ナトリウム・カリウムによって構成され、または、セシ
ウムまたはセシウムと酸素で被覆された、リン化ガリウ
ム、ヒ化ガリウム、リン化ヒ化ガリウム、またはその他
の周期律表第1TI族および第V族の元素で形成された
材料て構成された光電子放射物質で成り、前記レーザに
よって照射されたとき電子を照射する作用をすることが
できる半透明膜を含んている光電子放射陰極と、 前記レーザと前記陰極との間に置かれていて、レーザ光
パターンにより決定される電子影像を形成するための電
子を前記膜が放射するように前記光電子放射陰極の背面
に前記レーザ光のパターンを前記レーザの出力ビームで
生成するための光の光学縦列を具備し、 前記光電子放射陰極がさらに 前記レーザ光に対して光学的に透明であって、背面が前
記レーザ光の出力ビーム側に面し、前面が前記レーザ光
の出力ビーム側とは反対側に向いている基板と、 前記基板の前面に被覆された光学的に半透明の導電膜を
具備し、 前記光電子放射物質の半透明膜が前記導電膜の上に被覆
されている。
[Means for Solving the Problems] A laser-excited high current density electron beam generator of the present invention comprises: a continuous wave laser; and a modulator for changing the intensity or deflecting the optical output beam of the laser. and gallium phosphide, gallium arsenide, composed of cesium antimonide or sodium potassium antimonide, or coated with cesium or cesium and oxygen, positioned to be irradiated by the output beam of the laser. , gallium arsenide phosphide, or other materials of Groups TI and V of the periodic table, which act to emit electrons when irradiated by the laser. a photoemission cathode including a translucent film that can be placed between the laser and the cathode, the film emitting electrons to form an electron image determined by a laser light pattern; an optical column of light for producing a pattern of laser light with the output beam of the laser on the back side of the photoemission cathode, the photoemission cathode further being optically transparent to the laser light; a substrate having a back surface facing the output beam side of the laser light and a front surface facing away from the output beam side of the laser light; and an optically translucent substrate coated on the front surface of the substrate. a conductive film, and a translucent film of the photoelectron emitting material is coated on the conductive film.

本発明による装置は、適切なレーザエネルギの照射に応
じ高電流密度の電子ビームを放射して動作することがで
きる光電子放射陰極と、光電子放射陰極を含み、且つ、
半導体リソグラフィ装置に適した電子ビーム発生器とを
具備したものである。電子ビーム発生器は光電子放射陰
極のほかに、連続波レーザと、レーザ出力ビームを偏向
するか、またはその強度を変化させるための変調器と、
陰極がリソグラフィに適した電子ビームを放射するよう
に、陰極上へレーザビームでパターンを形成するための
光の光学縦列(電子線が順次通過する電子レンズ等の列
で構成される電子光学的光学縦列に対して光線が順次通
過する光学部品の列を光の光学縦列、または光の光学ト
レインという)とから成る。本発明の一実施例において
は、レーザ光の照射に応じて電子ビームを発生するため
の光電子放射陰極はレーザ励起波長において光学的に透
明な基板と、光学的に半透明である電導性基板上に蒸着
した膜と、電導性膜上に蒸着されていて半透明であり、
光電子を放射することができる光電子放射膜とを含むも
のである。光電子放射陰極は高真空環境下で動作し、レ
ーザ光による背面照射に応じて光電面から電子を放射す
る様に方向つけられている。リソグラフィのような応用
には背面照射形陰極が好ましいとは言え、不透明で電導
性のある光電子基板上へ光電子放射膜を蒸着することに
より形成された前面照射形陰極を用いることもできる。
The device according to the invention includes a photoemission cathode operable to emit a high current density electron beam upon irradiation with a suitable laser energy, and a photoemission cathode, and
and an electron beam generator suitable for a semiconductor lithography apparatus. In addition to the photoemission cathode, the electron beam generator includes a continuous wave laser and a modulator for deflecting the laser output beam or varying its intensity;
an optical column of light (consisting of an array of electron lenses, etc., through which the electron beam passes in sequence A column of optical elements through which light rays pass sequentially is called an optical column of light or an optical train of light. In one embodiment of the present invention, a photoelectron emitting cathode for generating an electron beam in response to laser light irradiation is provided with a substrate that is optically transparent at the laser excitation wavelength and a conductive substrate that is optically translucent. A film deposited on a conductive film and a translucent film deposited on a conductive film.
A photoelectron emitting film capable of emitting photoelectrons is included. The photoemission cathode operates in a high vacuum environment and is oriented to emit electrons from the photocathode in response to back illumination with laser light. Although back-illuminated cathodes are preferred for applications such as lithography, front-illuminated cathodes formed by depositing a photoemissive film onto an opaque, electrically conductive optoelectronic substrate may also be used.

本発明の一実施例によれば、レーザは4545〜514
、5nmの間のひとつの波長で動作できるアルゴンイオ
ン連続波レーザである。光電子放射陰極に適した基板は
水晶、ガラス、あるいはサファイアである。半透明の導
電膜は基板上へクロムの様な導電性材料の膜を蒸着する
ことにより形成される。実施例として、光電子放射膜は
アンチモンとセシウムとを順次蒸着することにより形成
されたアンチモン化セシウム(Cs3Sb)である。他
にも陰極用に適切な光電子放射表面膜はアンチモン化セ
シウム・カリウム(Na2KSb)、あるいはセシウム
またはセシウムと酸素とで覆ったガリウム、燐、ならび
に砒素から成る単結晶化合物で形成できる。
According to one embodiment of the invention, the laser is 4545-514
It is an argon ion continuous wave laser that can operate at a wavelength between . Suitable substrates for photoemission cathodes are quartz, glass, or sapphire. Translucent conductive films are formed by depositing a film of conductive material, such as chromium, onto a substrate. As an example, the photoemission film is cesium antimonide (Cs3Sb) formed by sequentially depositing antimony and cesium. Other suitable photoemissive surface films for the cathode can be formed from cesium potassium antimonide (Na2KSb), or a single crystal compound of gallium, phosphorus, and arsenic with cesium or cesium and oxygen.

[実施例] 次に図面を参照して本発明を、その一実施例について詳
細に説明する。
[Example] Next, one example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明による背面照射が可能でレーザ励起が可
能な光電子放射電子源を採用した電子ビームリングラフ
ィ装置を概略的に示したものである。この装置は、45
4.5.457.9.465.8.472.7476、
5488.0496.5.50+、 7.514.5n
mのうちのいずれかの波長でコヒーレントな光ビームを
発生ずるために動作可能な、アルゴンイオンレーザの形
式のレーザ10を含むものである。最も強い波長は48
8、 Onmと514.5nmとである。適切なレーザ
はフロリダ州オーラントの制御レーザ会社(Contr
olLaser Corporation of 0r
lando、Florida)から入手可能な、550
シリーズのアルゴンイオンレーザである。
FIG. 1 schematically shows an electron beam phosphorography apparatus employing a photoemission electron source capable of back illumination and laser excitation according to the present invention. This device has 45
4.5.457.9.465.8.472.7476,
5488.0496.5.50+, 7.514.5n
includes a laser 10 in the form of an argon ion laser operable to generate a coherent beam of light at any of m wavelengths. The strongest wavelength is 48
8.Onm and 514.5nm. Suitable lasers are available from Control Laser Company (Contr) in Aurant, Florida.
olLaser Corporation of 0r
550, available from Lando, Florida)
series of argon ion lasers.

ビーム変調器11は、レーザ10の光共振器に、または
レーザの近くの他の位置に置かれている。変調器11は
光学形、電子光学形、あるいは音響光学形の装置であり
、ビーム強度を制御するか、あるいは偏向するのに適切
なものである。
Beam modulator 11 is placed in the optical cavity of laser 10 or at another location near the laser. The modulator 11 is an optical, electro-optical or acousto-optic device suitable for controlling or deflecting the beam intensity.

レーザ10から放出されている光ビームは指定された幾
何学的形状、例えば正方形の開口14を有する板13を
含む光の光学縦列i2により導かれる。レンズ15はレ
ーザ光を開口14の影像として、後に詳細に説明するよ
うな光電子放射陰極16」二へ焦点を結ばせるものであ
る。光電子放射陰極16と、該陰極16により放射され
た電子を処理するための電子光学部分とは、破線の囲い
によりか概略的に図示した真空室の内部へ収容されてい
る。10−9トル以下の圧力の高真空が、真空室18内
では保たれている。
The light beam being emitted by the laser 10 is guided by a light optical column i2 comprising a plate 13 with an aperture 14 of a specified geometry, for example square. The lens 15 focuses the laser beam as an image of the aperture 14 onto a photoelectron emitting cathode 16'', which will be described in detail later. The photoemission cathode 16 and the electro-optical part for processing the electrons emitted by the cathode 16 are housed inside a vacuum chamber, which is schematically illustrated by the dashed enclosure. A high vacuum is maintained within the vacuum chamber 18 at a pressure of less than 10 -9 Torr.

レーザ10からみて光電子放射陰極16の反対側は、陰
極16から放射された電子を加速するために動作する陽
極20である。さらに負の電圧を印加したウニネル(W
ehnelt)電極は図示していなIt) いが、光電子放射陰極16と陽極20との間に置かれて
いる。次に電子ビームは陽極20から種々の公知の電子
光学部分を通過し、これらの電子光学部分は、電子ビー
ムがターゲット21に指向するように電子ビームを成形
し、かつ、位置決めされる。陽極20により加速された
後、電子ビームは電子レンズ22を通過し、静電ビーム
成形偏向器26とビーム成形開口28とを通過する。ビ
ーム成形偏向器26は、可変の形状と可変の寸法とをも
つ電子ビームを形成するため、ビーム形成開口28の上
の光電子放射電子源の電子影像の位置を変更するように
動作する。ビームは次に、縮小レンズ29を通過し、そ
の結果、ビーム制限用開口30を通過する。最終の投影
レンズ32に装着しであるのは、ビームの焦点をターゲ
ット21上に結ばせるためのダイナミックフォーカス用
コイル34と、ビームに非点収差補正を施すためのダイ
ナミック非点収差補正器36と、ターゲット21上でビ
ームを走査させるための偏向ヨーク38とである。
Opposite the photoemission cathode 16 from the laser 10 is an anode 20 that operates to accelerate the electrons emitted from the cathode 16. Furthermore, a negative voltage was applied to Uninel (W
An electrode (not shown) is placed between the photoemission cathode 16 and the anode 20. From the anode 20, the electron beam then passes through various known electro-optic sections that shape and position the electron beam so that it is directed toward a target 21. After being accelerated by the anode 20, the electron beam passes through an electron lens 22, an electrostatic beam shaping deflector 26, and a beam shaping aperture 28. Beam shaping deflector 26 operates to change the position of the electron image of the photoelectron emitting electron source above beam forming aperture 28 to form an electron beam with variable shape and variable dimensions. The beam then passes through a reduction lens 29 and, as a result, through a beam-limiting aperture 30. The final projection lens 32 is equipped with a dynamic focusing coil 34 for focusing the beam on the target 21, and a dynamic astigmatism corrector 36 for correcting astigmatism on the beam. , and a deflection yoke 38 for scanning the beam on the target 21.

レーザIc)による照射に瞬間的に光電子放射陰極16
が応答するので、電子ビーム強度はレーザビーム強度を
変調することにより変調される。この光ビームの変調は
高真空室18の外側にビーム変調器を置くことにより容
易にされている。従来技術のリングラフィ式電子ビーム
装置においては、ビーム変調は特殊な帰線消去電極によ
って行われ、該電極は電子源と真空容器内のターゲット
との間に設置されなければならない。本発明によるリソ
グラフィ装置においては、真空容器の内部に置かれたど
れかの要素の代りに、真空容器の外側に置いた同様な機
能素子を用いることにより、リソグラフィ用のコラムの
製造と操作とがずべて簡易化できるという一般的な特徴
がある。
The photoelectron emitting cathode 16 is instantaneously irradiated by the laser Ic).
responds, so the electron beam intensity is modulated by modulating the laser beam intensity. Modulation of this light beam is facilitated by placing a beam modulator outside the high vacuum chamber 18. In prior art phosphorographic electron beam devices, beam modulation is performed by special blanking electrodes, which must be placed between the electron source and the target in a vacuum vessel. In the lithographic apparatus according to the invention, the manufacture and operation of the lithographic column is facilitated by substituting similar functional elements placed outside the vacuum vessel instead of any elements placed inside the vacuum vessel. The general feature is that everything can be simplified.

下に詳細に説明する様に、光電子放射陰極16は例えば
、アルゴンイオンレーザ光により照射された時に電子を
放射するアンチモン化セシウムCs3Sbにより形成さ
れた光電子放射面を含むものである。第2図は種々の光
電子放射材料のスペクトル応答(照射輻射量IWあたり
の電子流mA)を、照射波長の関数として表わしたグラ
フである。488.Onmと514.5nmとの最強ア
ルゴンイオンレーザ照射波長において、アンチモン化セ
シウムは6%以上の量子効率を有して最高感度である。
As explained in more detail below, photoemissive cathode 16 includes a photoemissive surface formed of, for example, cesium antimonide, Cs3Sb, which emits electrons when irradiated with argon ion laser light. FIG. 2 is a graph of the spectral response (electron current in mA per irradiation radiation IW) of various photoemissive materials as a function of irradiation wavelength. 488. At the strongest argon ion laser irradiation wavelengths of Onm and 514.5 nm, cesium antimonide has a quantum efficiency of 6% or more and is the highest sensitivity.

アルゴンイオンレーザからの強い単色光放射と、アンチ
モン化セシウムのスペクトル応答に対するアルゴンイオ
ンレーザ波長の良好な整合との組合せにより、この光電
子陰極から高電流密度の放射がもたらされる。はぼ52
(lnmより下の波長で動作している他のレーザもこの
応用には適するであろう。
The combination of intense monochromatic radiation from the argon ion laser and good matching of the argon ion laser wavelength to the spectral response of cesium antimonide results in high current density radiation from this photocathode. habo52
(Other lasers operating at wavelengths below lnm would also be suitable for this application.

陰極16の他の適当な光電子放出面には°°パイアルカ
リ形°′のアンチモン化ナトリウム・カリウム(NaJ
Sb)がある。ナトリウムとカリウムとの比を明確に限
定する必要性があるため、Cs3Sbよりもこの面を作
るのは困難であるとは云え、この陰極は揮発性の高いセ
シウムを必要としないためにより安定である。NaJS
bの製作法の実施例は、事実上、Cs+Sbに対して後
で説明するものと同様であり、これら2つの面のスペク
トル応答は第2図に示すように、同様である。結果的に
は、NaJSbもアルゴンイオンレーザの輻射に感応性
がある。
Other suitable photoemissive surfaces of the cathode 16 include sodium potassium antimonide (NaJ
There is Sb). Although this surface is more difficult to fabricate than Cs3Sb due to the need for a well-defined sodium to potassium ratio, this cathode is more stable because it does not require the highly volatile cesium. . NaJS
The fabrication embodiment of b is virtually similar to that described below for Cs+Sb, and the spectral responses of these two surfaces are similar, as shown in FIG. Consequently, NaJSb is also sensitive to argon ion laser radiation.

他の適切な光電子放射面はガリウム、燐、ならびにセシ
ウム、あるいはセシウムと酸素とで覆われた砒素などの
ような、周期律表第■I族と第V族との元素で構成され
た単結晶により形成できる。
Other suitable photoemission surfaces are single crystals composed of elements from groups I and V of the periodic table, such as gallium, phosphorus, and cesium, or arsenic coated with cesium and oxygen. It can be formed by

斯かる面は負の電子親和力を有し、事実上、電子の逃散
深度(escape depths)を増加させる。こ
の特性により、特に低いエネルギの拡がりをもって電子
が放射されるわけである。これらの化合物をリソグラフ
ィへの応用に使用するため光電子放射面に作り込むのに
最も容易なのは、燐化ガリウム(GaP)、あるいは砒
化燐化ガリウム(Ga (AsxP + −j )であ
り、これらを活性化するためには(セシウムと酸素)と
の代りにセシウムのみが必要である。
Such a surface has a negative electron affinity, effectively increasing the electron escape depths. This property allows electrons to be emitted with a particularly low energy spread. Gallium phosphide (GaP) or gallium arsenide phosphide (Ga (AsxP + -j)) is the easiest to incorporate into photoelectron emitting surfaces for use in lithographic applications; Only cesium is needed instead of (cesium and oxygen) to convert

これらの面を製造するひとつの方法においては、GaP
の透過層を光学的に透明な基板上へまず生長し、この層
の上に光電子放射面を共に成長させる。そこで、アルゴ
ンイオンレーザか、あるいは適当な半導体注入レーザを
使用して、電子放射を 0 励起することができる。燐化ガリウムと砒化燐化ガリウ
ムとの光電子放射面に対し、最適な量子効率の近傍の輻
射波長で、アルゴンイオンレーザはエネルギを放射し、
これにより電子放射を最大にしている。注入レーザはは
るかに低いパワーレベルでエネルギを放射するが、これ
らの光電子放射材料の長波長間値の近傍で動作するよう
に作られており、これによって放射された電子エネルギ
の拡がりを最小にしている。第III族と第V族との元
素の化合物で構成された光電子放射面を具備した陰極の
優れた特性は、透過モードにおいて使用されている様な
斯かる面を製造する困難度が増すので帳消しになる。
In one method of manufacturing these surfaces, GaP
A transparent layer of is first grown on an optically transparent substrate, and a photoemissive surface is co-grown on this layer. The electron emission can then be excited using an argon ion laser or a suitable semiconductor injection laser. The argon ion laser emits energy at a radiation wavelength near the optimum quantum efficiency for the photoelectron emitting surfaces of gallium phosphide and gallium arsenide phosphide,
This maximizes electron emission. Although injection lasers emit energy at much lower power levels, they are made to operate near the long wavelength values of these photoemissive materials, thereby minimizing the spread of the emitted electron energy. There is. The superior properties of cathodes with photoemissive surfaces composed of compounds of elements of groups III and V are offset by the increased difficulty of manufacturing such surfaces as used in transmission mode. become.

本発明の背面照射形光電子放射陰極と、陰極の好ましい
製造方法を、第3図と第4図とを参照して説明する。最
初に第3図を参照すれば、光電子放射陰極16は光を透
過する透明な基板40を含み、この基板40は水晶、ま
たはサファイアであることが好ましく、ガラスであって
もよい。第4図を参照してさらに完全に説明するように
、厚い金属コーティングH42は基板40の一方の面上
に蒸着される。適切な材料は、例えば、クロム、タング
ステン、ならびにアルミニウムなどである。第3図、第
4図から判るように、層42は中央領域44へ伸びてい
ない構造になっていて、この構造はコーティング層42
を蒸着している期間中、中央領域44をマスクしておく
ことにより構造体は形成される。次に、例えば、クロム
の薄い半透明導電層46は金属コーティング42と中央
領域44との上に蒸着される。(この半透明導電層は光
電子放射面として燐化ガリウム、あるいは砒化燐化ガリ
ウムを使用している陰極には必要ないてあろう。)最後
に、アンチモン化セシウムのような光電子放射材料の層
48を中央領域44の内部で生成する。
The back-illuminated photoelectron emitting cathode of the present invention and a preferred method of manufacturing the cathode will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Referring first to FIG. 3, photoemissive cathode 16 includes a transparent, light-transmissive substrate 40, which is preferably quartz or sapphire, but may also be glass. As explained more fully with reference to FIG. 4, a thick metal coating H42 is deposited on one side of the substrate 40. Suitable materials include, for example, chromium, tungsten, and aluminium. As can be seen in FIGS. 3 and 4, the layer 42 is structured so that it does not extend into the central region 44;
The structure is formed by masking the central region 44 during the deposition of the structure. Next, a thin translucent conductive layer 46 of, for example, chromium is deposited over the metal coating 42 and the central region 44. (This semi-transparent conductive layer may not be necessary for cathodes using gallium phosphide or gallium arsenide phosphide as the photoemissive surface.) Finally, a layer 48 of photoemissive material such as cesium antimonide. is generated inside the central region 44.

次に、陰極16の製造について第4図を参照して説明す
る。まず、水晶、サファイア、あるいはガラスの様な適
当な透明基板40を選択する。外部リート線へ接触させ
、しかも中央領域44に対して低抵抗性の導電路を形成
するように十分な厚 3 さの、例えばクロムのコーティングを基板40の選択さ
れた面上に真空中で行う。このコーティングは抵抗加熱
されたニクロム線52からクロムを蒸発させることによ
り行うことができる。はyO102平方ミリ以上の中央
領域44をマスクして、中央領域44へ厚いクロムの層
が蒸着されるのを防いでいる。その後、マスクを除去し
てクロムの薄い半透明導電膜46を、あらかじめマスク
された中央領域44を含む選択された側の基板全面にわ
たり真空中で蒸着する。このクロムはニクロム線52か
ら供給することができ、抵抗加熱を行って基板40上へ
クロムを蒸着する。ニクロム線52は中央領域44へ電
導性の半透明クロム層46が蒸着されるまで加熱される
。この薄い半透明クロム層の適切な厚さはは一1100
Å以下であり、このような半透明クロム層46は中央領
域44を通る可視光の透過を、透明基板40を通過した
可視光の40〜50%程度迄低下させる。薄い半透明ク
ロム層46は厚い環状の金属コーティング42と中央領
域44との間の電路として働く。次に、ニクロムの支持
ワイア56の上に融着したアンチモンのビード54が、
中央領域44内にある半透明クロム層46の部分の上へ
アンチモンの薄い層を蒸着するために、真空中で抵抗加
熱される。中央領域44の外側にある半透明クロム層4
6の部分上へアンチモンが蒸着することは、装置の光電
子放射のふるまいに影響を与えない。
Next, manufacturing of the cathode 16 will be explained with reference to FIG. First, a suitable transparent substrate 40 such as crystal, sapphire, or glass is selected. A coating of, e.g., chromium, is applied in vacuum onto selected surfaces of the substrate 40 of sufficient thickness to contact the external leait wires and to form a low resistance conductive path to the central region 44. . This coating can be done by evaporating chromium from resistance heated nichrome wire 52. masks the central region 44 of yO 102 mm2 or more to prevent a thick layer of chromium from being deposited on the central region 44. Thereafter, the mask is removed and a thin translucent conductive film 46 of chrome is deposited in vacuum over the selected side of the substrate, including the previously masked central region 44. The chromium can be supplied from a nichrome wire 52 and resistive heating is performed to deposit the chromium onto the substrate 40. Nichrome wire 52 is heated until a conductive translucent chrome layer 46 is deposited in central region 44 . The appropriate thickness for this thin translucent chrome layer is 1100 mm.
Å or less, and such a semi-transparent chromium layer 46 reduces the transmission of visible light passing through the central region 44 to about 40-50% of the visible light passing through the transparent substrate 40. A thin translucent chrome layer 46 acts as an electrical path between the thick annular metal coating 42 and the central region 44. Next, a bead of antimony 54 is fused onto the nichrome support wire 56.
Resistance heating is performed in a vacuum to deposit a thin layer of antimony onto the portion of the translucent chromium layer 46 that is within the central region 44 . Translucent chrome layer 4 outside the central region 44
The deposition of antimony on portion 6 does not affect the photoemission behavior of the device.

アンチモン膜の厚さは、中央領域44の全域における可
視光の透過率が透明な基板40を通過する可視光の透過
率の約30〜40%まで減小する程度でなければならな
い。次に、クロムとアンチモンとのコーティングを備え
、真空中に置かれた基板40は2X10−9トルより低
い圧力にまでポンプで引いた高真空室内に置かれ、これ
は光電子放射陰極16を含むリンゲラフィコラムの該当
部分になる。次に、高真空室50の内部の基板40は基
板40のまわりに巻いたニクロムヒータワイア58によ
りはflOO℃にまで加熱される。それと−緒に例えば
、クロム化セシウムとシリコンのような還元剤との混合
物を含むセシウム源チャネル60が真空室50内に置か
れる。チャネル60は電気接続ワイヤ62によって抵抗
加熱され、中央領域44中の加熱されたアンチモン膜上
に純粋のセシウムを蒸着させる。中央領域44の外側に
あるアンチモン膜またはクロム層の上へセシウムが蒸着
しても、この陰極が用いられるシステムの光電子放射作
用に影響を与えるものではない。この様にして、アンチ
モン化セシウムの薄い層、または光電子放射材料[48
は中央領域44に生成される。上記セシウム蒸着プロセ
スの期間には、光電子放射陰極16は、例えば、アルゴ
ンイオンレーザにより照射され、光電流は放射された電
子をニクロムワイア52を用いて収集することにより測
定される。光電流が最大値に到達したときには、ワイア
62を通る電流と基板加熱用ニクロムヒータワイア58
を通る電流は、それ以上のセシウムが領域44に蒸着さ
れないように停止される。もし、基板の冷却期間に光電
流が減少するような場合には、さらに付加的にセシウム
が冷たい基板44上へ蒸着される。もし、中央領域44
」ニに蒸着された付加的なセシウムによって光電流がそ
の最大値に戻らない場合には、その最大値に再び到達す
る迄、更にアンチモンを基板上に蒸着し、続いて付加的
なセシウムを蒸着させる。
The thickness of the antimony film should be such that the visible light transmission across the central region 44 is reduced to about 30-40% of the visible light transmission through the transparent substrate 40. The substrate 40, which is provided with a chromium and antimony coating and placed in vacuum, is then placed in a high vacuum chamber pumped to a pressure below 2X10-9 Torr, which includes a ring tube containing a photoemissive cathode 16. This will be the relevant part of the Rafi column. Next, the substrate 40 inside the high vacuum chamber 50 is heated to flOO° C. by a nichrome heater wire 58 wrapped around the substrate 40. A cesium source channel 60 containing a mixture of cesium chromide and a reducing agent, such as silicon, is placed in the vacuum chamber 50 therewith. Channel 60 is resistively heated by electrical connection wire 62 to deposit pure cesium onto the heated antimony film in central region 44 . Deposition of cesium on the antimony or chromium layer outside the central region 44 does not affect the photoemissive behavior of the system in which this cathode is used. In this way, a thin layer of cesium antimonide or a photoemissive material [48
is generated in the central region 44. During the cesium deposition process, the photoemission cathode 16 is illuminated, for example by an argon ion laser, and the photocurrent is measured by collecting the emitted electrons using a nichrome wire 52. When the photocurrent reaches its maximum value, the current passing through the wire 62 and the nichrome heater wire 58 for heating the substrate
Current flow through is stopped to prevent further cesium from being deposited in region 44. If the photocurrent decreases during the cooling period of the substrate, additional cesium is deposited onto the cold substrate 44. If the central area 44
If the photocurrent does not return to its maximum value with additional cesium deposited on the substrate, more antimony is deposited on the substrate, followed by additional cesium, until the maximum value is reached again. let

陰極面からの光電子放射があるときとないときとの両方
の期間に、セシウムの損失、または不純物によるアンチ
モンの汚染により、Cs+Sbの陰極の劣化か起る。こ
のような劣化は、上に詳細に説明した様に、中央領域4
4上へアンチモンとセシウムとを付加的に蒸着すること
により回復することができる。
Degradation of the Cs+Sb cathode occurs both with and without photoemission from the cathode surface due to loss of cesium or contamination of antimony by impurities. Such deterioration may occur in the central region 4, as detailed above.
It can be recovered by additionally depositing antimony and cesium onto 4.

この光電子放射陰極の動作時には、アルゴンイオンレー
ザのようなレーザからのレーザビームは透明な基板40
と半透明クロム層46とを通過し、アンチモン化セシウ
ム層48へ透過してゆき、電子をアンチモン化セシウム
から放射させる。光電子放射陰極16から放射された電
子ビームは、1〜100 mA/ cm2の範囲の高電
流密度を有する。ターゲットの面において、ビーム電流
密度は] cmまたり数百アンペアであろう。この範囲
 7 の値は直接書込み式リングラフィ装置に適し、この装置
では電子ビームは半導体チップ上で複雑なパターンを生
成するように制御される。
During operation of this photoemission cathode, a laser beam from a laser, such as an argon ion laser, is emitted onto a transparent substrate 40.
The electrons pass through the cesium antimonide layer 48 and the semi-transparent chromium layer 46, and are transmitted to the cesium antimonide layer 48, causing electrons to be emitted from the cesium antimonide. The electron beam emitted from the photoemission cathode 16 has a high current density in the range of 1-100 mA/cm2. At the plane of the target, the beam current density will be several hundred amperes per cm. Values in this range 7 are suitable for direct-write phosphorography equipment, in which the electron beam is controlled to produce complex patterns on the semiconductor chip.

このような電子ビームは、また、投影リングラフィ用マ
スクの製作、あるいは電子ビーム顕微鏡のようなりソグ
ラフィ以外の異なる応用にも使用することができる。
Such electron beams can also be used in different applications other than lithography, such as in the production of masks for projection phosphorography, or in electron beam microscopy.

本発明においては、光電子放射陰極16は、それが50
〜60%の光学的損失を有する半透明クロム層を介して
背面照射されている場合には、3%以上の量子効率をも
ち、この陰極が劣化した場合には附加的なセシウム、ま
たはセシウムとアンチモンとの蒸着により、それが使用
されている状態のまま容易に再生することができる。光
電子放射陰極16は、1〜100mA/cm2の範囲の
高電流密度の電流を発生させることができ、ターゲット
21において1 cm2あたり数百アンペアの電流密度
を与えることができる。さらに、電子のエネルギの拡が
りは低く、(2〜3)/10ev以下の範囲である。こ
のエネルギの拡がりが小さいことは、放射電子が価電子
帯の拘束された状態から真空準位へ遷移する期間に初期
エネルギのほとんどをいったん失い、低エネルギになる
と云うことの直接的な結果にほかならない。放射電子エ
ネルギの最大強度はレーザの光子エネルギと電子放射の
閾値エネルギとの差に依存し、これらは光電子放射材料
の価電子帯の上端とその真空準位との間の電子の遷移に
より定まる。514.5nm  (2,43eV)のア
ルゴンイオンレーザ光と、はメ2.○eVのCs3Sb
の光電子放射の閾値とに対して、電子の最大放射エネル
ギは0.43eVてあり、それゆえ、これは電子の最大
エネルギ拡がりを与えるものである。名目上のエネルギ
の拡がりは、放射電子数をエネルギに対してプロットし
た分布曲線の半値幅に基づくものであり、この幅よりも
事実上低くなる。
In the present invention, the photoemission cathode 16 is
If back-illuminated through a semi-transparent chromium layer with ~60% optical loss, it has a quantum efficiency of more than 3% and additional cesium or By vapor deposition with antimony, it can be easily regenerated in its used state. The photoemission cathode 16 is capable of generating currents with high current densities in the range of 1 to 100 mA/cm 2 and can provide current densities of several hundred amperes per cm 2 at the target 21 . Furthermore, the energy spread of electrons is low, in the range of (2 to 3)/10ev or less. This small spread of energy is a direct result of the fact that the radiated electron loses most of its initial energy during its transition from the confined state of the valence band to the vacuum level, becoming lower in energy. It won't happen. The maximum intensity of the emitted electron energy depends on the difference between the photon energy of the laser and the threshold energy of the electron emission, which are determined by the transition of the electrons between the top of the valence band of the photoemissive material and its vacuum level. 514.5 nm (2,43 eV) argon ion laser light and 2. ○eV Cs3Sb
For the photoelectron emission threshold of , the maximum radiant energy of electrons is 0.43 eV, which therefore gives the maximum energy spread of electrons. The nominal energy spread is based on the half-width of the distribution curve plotting the number of emitted electrons versus energy, and is effectively lower than this width.

本発明では陰極は室温のような低温で動作するので、熱
陰極の場合における様な支持体の問題は起らない。さら
に、電子はレーザ光の照射に対して瞬間的に応答して発
生するため、予熱時間が不 8 必要である。電子ビームの変調は、真空室18の外側で
レーザビームを変調することにより容易に行うことがで
きる。さらに、複雑な形状へのビーム形成、すなわちパ
ターン形成は、真空容器18の外側に置かれたレーザ1
0と光電子放射陰極16との間の光学縦列中の開口、ま
たはマスクにより容易に達成される。
In the present invention, since the cathode operates at low temperatures, such as room temperature, support problems as in the case of hot cathodes do not arise. Furthermore, since electrons are generated instantaneously in response to laser light irradiation, no preheating time is required. Modulation of the electron beam can be easily achieved by modulating the laser beam outside the vacuum chamber 18. Furthermore, beam formation into a complex shape, that is, pattern formation, can be performed using a laser 1 placed outside the vacuum vessel 18.
This is easily accomplished by an aperture in the optical column between 0 and the photoemissive cathode 16, or by a mask.

本発明において開示されている変調したレーザ光源と組
合せる光電子放射陰極の変形と改良は当業者において明
白であることは理解されるべきである。このようなすべ
ての改良と変形とは添付した特許請求の範囲内に含まれ
るものである。
It should be understood that modifications and improvements to the photoemissive cathode in combination with the modulated laser light source disclosed in this invention will be apparent to those skilled in the art. All such modifications and variations are intended to be included within the scope of the appended claims.

[発明の効果] 以上説明したように本発明は次の効果を有する。[Effect of the invention] As explained above, the present invention has the following effects.

1、 本発明の光電子放射陰極は、透明な基板の前面の
少くとも一部が半透明膜で被覆され、その上に光電子放
射材料が蒸着されているので、基板の背面から強いレー
ザビームを照射することができ、基板の前方向に高密度
の光電子ガスを生成することかできる。基板前面の、前
記少くとも一部以外の部分に金属コーティングが施され
ているので、この部分を電極として、高電流密度の光電
流を生成することができる。前記半透明膜は電導性かあ
るので、この膜は、前記光電子ガスに対して空間的に−
様な電界を与える。その結果、高電流密度の、空間的に
−様な電子ビームを得ることができる。
1. In the photoelectron emitting cathode of the present invention, at least a portion of the front surface of a transparent substrate is covered with a semi-transparent film, and a photoelectron emitting material is deposited thereon, so that a strong laser beam can be irradiated from the back side of the substrate. It is possible to generate a high-density photoelectron gas in the front direction of the substrate. Since a metal coating is applied to a portion of the front surface of the substrate other than at least a portion of the substrate, this portion can be used as an electrode to generate a photocurrent with a high current density. Since the semi-transparent film is electrically conductive, the film is spatially negative to the photoelectron gas.
Provides various electric fields. As a result, a spatially uniform electron beam with high current density can be obtained.

2 レーザ光としては、光電子放射材料の価電子帯の上
端と真空準位間のエネルギ差にほぼ相当する波長のもの
を選択することにより、エネルギ幅の小さい電子ビーム
が得られる。したがって前述の電子ビームの空間的−様
性と相まって、本発明は解像度の高い撮像な可能にする
2. By selecting a laser beam with a wavelength that approximately corresponds to the energy difference between the upper end of the valence band of the photoelectron emitting material and the vacuum level, an electron beam with a narrow energy width can be obtained. Therefore, in combination with the above-mentioned spatial characteristics of the electron beam, the present invention allows for high resolution imaging.

3 レーザ光は、金属コーティングの部分を透過しない
のでこの部分に光電子放射材料が蒸着されても、電子ビ
ームの生成には関与しない。したがって、本発明は光電
子放射面の形成、再生が容易な光電子放射陰極を提供す
る。
3. Laser light does not pass through the metal coating, so even if a photoelectron emitting material is deposited on this part, it does not participate in the generation of an electron beam. Therefore, the present invention provides a photoelectron emitting cathode whose photoelectron emitting surface can be easily formed and reproduced.

4 前述したように、本発明の方法によって製1 造された光電子放射陰極によって、空間的に−様な電子
ビームが生成されるので、レーザビームを所望の形状の
開口を通過させて成形することによって電子ビームを成
形することができ、または変調することができ、その結
果、本発明はりソグラフィに好適な電子ビームを提供す
る。
4. As mentioned above, the photoelectron emitting cathode manufactured by the method of the present invention generates a spatially-shaped electron beam, so the laser beam can be shaped by passing through an aperture of a desired shape. The electron beam can be shaped or modulated by the method, thereby providing an electron beam suitable for beam lithography according to the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による光電子放射陰極を採用した電子ビ
ームリングラフィ装置の基本部分を概略的に示した図、
第2図は種々の光電子放射材料のスペクトル応答を照射
波長の関数として表わしたグラフ、第3図は本発明の方
法によって製造された背面照射形光電子放射陰極の断面
図、第4図は第3図の陰極の好ましい製造方法の説明図
である。 6・・・光電子放射陰極、 O・・・基 板、 2・・・金属コーティング、 4・・・中央領域、 6・・・半透明導電膜(半透明クロム層)8・・・光電
子放射材料層、 O・・・高真空室、 2・・・ニクロム線、 4・・・ビート、 6・・・支持ワイア、 8・・・ニクロムヒータワイヤ、 O・・・ヂャネル、 2・・・電気接続ワイヤ。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the basic parts of an electron beam phosphorography apparatus employing a photoelectron emission cathode according to the present invention;
FIG. 2 is a graph of the spectral response of various photoemissive materials as a function of irradiation wavelength; FIG. 3 is a cross-sectional view of a back-illuminated photoemission cathode prepared by the method of the present invention; FIG. 3 is an explanatory diagram of a preferred method of manufacturing the cathode shown in the figure. 6... Photoelectron emission cathode, O... Substrate, 2... Metal coating, 4... Central region, 6... Transparent conductive film (semitransparent chromium layer) 8... Photoelectron emission material Layer, O...high vacuum chamber, 2...nichrome wire, 4...beat, 6...support wire, 8...nichrome heater wire, O...channel, 2...electrical connection wire.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)連続波レーザと、前記レーザの光出力ビームの強
度を変化させ、または該ビームを偏向させるための変調
器と、前記レーザの出力ビームにより照射されるように
位置決めされていて、アンチモン化セシウムまたはアン
チモン化ナトリウム・カリウムによって構成され、また
は、セシウムまたはセシウムと酸素で被覆された、リン
化ガリウム、ヒ化ガリウム、リン化ヒ化ガリウム、また
はその他の周期律表第III族および第V族の元素で形成
された物質で構成された光電子放射物質で成り、前記レ
ーザによって照射されたとき電子を放射する作用をする
ことができる半透明膜を含んでいる光電子放射陰極と、 前記レーザと前記陰極との間に置かれていて、レーザ光
パターンにより決定される電子影像を形成するための電
子を前記半透明膜が放射するように前記光電子放射陰極
の背面に前記レーザ光のパターンを前記レーザの出力ビ
ームで生成するように作用する光の光学縦列を具備し、 前記光電子放射陰極がさらに前記レーザ光に対して光学
的に透明であって、背面が前記レーザ光の出力ビーム側
に面し、前面が前記レーザ光の出力ビーム側とは反対側
に向いている基板と、 前記基板の前面に被覆された光学的に半透明な導電膜を
具備し、 前記光電子放射物質の半透明膜が前記導電膜の上に被覆
されているレーザ励起式高電流密度形の電子ビーム発生
器。
(1) a continuous wave laser; a modulator for varying the intensity or deflecting the optical output beam of the laser; and a modulator positioned to be irradiated by the output beam of the laser; Gallium phosphide, gallium arsenide, gallium arsenide phosphide, or other groups III and V of the periodic table composed of cesium or sodium/potassium antimonide or coated with cesium or cesium and oxygen a photoelectron-emitting cathode comprising a photoelectron-emitting material composed of a substance formed of an element, and including a translucent film capable of emitting electrons when irradiated with the laser; The laser beam pattern is placed between the cathode and the laser beam pattern on the back side of the photoemission cathode such that the translucent film emits electrons for forming an electron image determined by the laser beam pattern. an optical column of light operative to produce an output beam of light, the photoemission cathode further being optically transparent to the laser light and having a back surface facing the output beam side of the laser light. , a substrate having a front surface facing away from the output beam side of the laser light, and an optically translucent conductive film coated on the front surface of the substrate, wherein the semitransparent film of the photoelectron emissive material is A laser-excited high current density electron beam generator coated on the conductive film.
(2)連続波レーザと、 前記レーザの光出力ビームの強度を変化させ、または該
ビームを偏向させるための変調器と、前記レーザの出力
ビームにより照射されるように位置決めされていて、ア
ンチモン化セシウムまたはアンチモン化ナトリウム・カ
リウムによって構成され、または、セシウムまたはセシ
ウムと酸素で被覆された、リン化ガリウム、ヒ化ガリウ
ム、リン化ヒ化ガリウム、またはその他の周期律表第I
II族および第V族の元素で形成された物質で構成された
光電子放射物質で成り、前記レーザによって照射された
とき電子を放射する作用をすることができる半透明膜を
含んでいる光電子放射陰極と、 前記レーザと前記陰極との間に置かれていて、レーザ光
パターンにより決定される電子影像を形成するための電
子を前記半透明膜が放射するように前記光電子放射陰極
の背面に前記レーザ光のパターンを前記レーザの出力ビ
ームで生成するための光の光学縦列を具備し、前記光電
子放射陰極がさらに前記レーザ光に対して光学的に透明
であって、背面が前記レーザ光の出力ビーム側に面し、
前面が前記レーザ光の出力ビーム側とは反対側に向いて
いる基板と、前記基板の前面の、前記レーザによって照
射されるべき部分を除き、該前面の全面上を被覆する金
属コーティングを有し、 前記光電子放射物質の前記半透明膜は、前記基板の前記
前面上の、少くとも前記レーザによって照射されるべき
部分上を被覆する、レーザ励起式高電流密度形の電子ビ
ーム発生器。
(2) a continuous wave laser; a modulator for varying the intensity of or deflecting the optical output beam of the laser; and a modulator positioned to be irradiated by the output beam of the laser; Gallium phosphide, gallium arsenide, gallium arsenide phosphide, or other elements of Periodic Table I composed of cesium or sodium/potassium antimonide or coated with cesium or cesium and oxygen
A photoemissive cathode comprising a photoemissive material composed of a material formed of elements of groups II and V, and comprising a translucent film capable of emitting electrons when irradiated by said laser. and the laser is placed between the laser and the cathode on the back side of the photoemission cathode such that the translucent film emits electrons for forming an electron image determined by the laser light pattern. an optical column of light for producing a pattern of light in the output beam of the laser, the photoemission cathode further being optically transparent to the laser light, the back surface being in the output beam of the laser light; facing the side,
a substrate with a front surface facing away from the output beam side of the laser light; and a metal coating covering the entire front surface of the substrate except for the part of the front surface that is to be irradiated by the laser. . A laser-stimulated high current density electron beam generator, wherein the translucent film of photoemissive material covers at least the portion of the front surface of the substrate to be irradiated by the laser.
(3)前記変調器が音響光学形装置である特許請求の範
囲第1項または第2項に記載の電子ビーム発生器。
(3) The electron beam generator according to claim 1 or 2, wherein the modulator is an acousto-optic device.
(4)前記変調器が電子光学形装置である特許請求の範
囲第1項または第2項に記載の電子ビーム発生器。
(4) An electron beam generator according to claim 1 or 2, wherein the modulator is an electro-optical device.
(5)レーザ光に対して光学的に透明な基板と、前記基
板の上を被覆した光学的に半透明な導電膜と、 前記レーザ光による照射の際に電子を放射するように働
き、アンチモン化セシウムまたはアンチモン化ナトリウ
ム・カリウムで成り、または、セシウム、またはセシウ
ムおよび酸素で被覆されたガリウム、リン、ヒ素その他
の周期律表III族および第V族の元素で成り、前記導電
膜の上に被覆された光電子放射物質の半透明膜を具備し
、前記レーザ光の照射の際に事実上、単色であって変調
と成形とが可能であり、強い電子ビームを発生するため
の電子源。
(5) a substrate that is optically transparent to laser light; an optically translucent conductive film that coats the substrate; The conductive film is made of cesium oxide or sodium/potassium antimonide, or is made of gallium, phosphorus, arsenic, or other elements of group III and group V of the periodic table coated with cesium or cesium and oxygen, and is formed on the conductive film. An electron source for producing an intense electron beam which is virtually monochromatic and capable of being modulated and shaped upon irradiation with said laser light, comprising a semi-transparent film of photoemissive material coated thereon.
(6)レーザ光に対して光学的に透明な基板と、前記基
板の選択された面の、前記レーザによって照射されるべ
き部分を除き、該選択された面の全面上を被覆する金属
コーティングと、 前記レーザ光の出力ビームに照射されるように位置決め
され、アンチモン化セシウムまたはアンチモン化ナトリ
ウム・カリウムで成り、またはセシウム、またはセシウ
ムおよび酸素で被覆された、リン化ガリウム、ヒ化ガリ
ウム、リン化ヒ化ガリウムまたはその他の周期律表第I
II族および第V族の元素で成り、前記基板の、前記選択
された面の、少くとも前記レーザによって照射されるべ
き部分上に被覆された光電子放射物質の半透明膜を具え
、前記レーザ光の照射の際に事実上、単色であって変調
と成形が可能であり、強い電子ビームを発生するための
電子源。
(6) a substrate that is optically transparent to laser light; and a metal coating that covers the entire surface of the selected surface of the substrate, except for the portion that is to be irradiated by the laser. , positioned to be irradiated by the output beam of said laser light, and made of cesium antimonide or sodium potassium antimonide, or coated with cesium, or cesium and oxygen, gallium phosphide, gallium arsenide, phosphide; Gallium arsenide or other periodic table I
a translucent film of a photoemissive material comprising a Group II and Group V element and coated on at least a portion of the selected side of the substrate to be irradiated by the laser; An electron source for producing an intense electron beam that is virtually monochromatic and can be modulated and shaped during irradiation.
(7)前記基板が水晶とサファイアとから成る群から選
択される材料で形成されている特許請求の範囲第5項ま
たは第6項に記載の電子源。
(7) The electron source according to claim 5 or 6, wherein the substrate is made of a material selected from the group consisting of quartz and sapphire.
(8)前記半透明な導電膜がクロムである特許請求の範
囲第5項に記載の電子源。
(8) The electron source according to claim 5, wherein the semitransparent conductive film is made of chromium.
(9)前記光電子放射陰極はさらに、前記膜の被覆に先
立って前記基板の前面に被覆された厚い金属コーティン
グを含み、前記厚い金属コーティングは前記レーザによ
って照射される部分を除き、前記基板の前面の全面に被
覆される、特許請求の範囲第1項記載の電子ビーム発生
器。
(9) the photoemission cathode further includes a thick metal coating applied to the front surface of the substrate prior to coating with the film, the thick metal coating being applied to the front surface of the substrate except for the portion irradiated by the laser; The electron beam generator according to claim 1, wherein the entire surface of the electron beam generator is coated.
(10)前記光電子放射物質は、前記元素の少くとも2
つによって形成される化合物を光学的に透明な基板上に
被覆し、次に、レーザによって基板を照射し、レーザの
照射によって放射された電子によって生成される光電流
を測定しながら、該光電流が最大値に到達するまで、前
記被覆された化合物上にセシウム、またはセシウムおよ
び酸素を蒸着させることによって形成される、特許請求
の範囲第1項または第2項に記載の電子ビーム発生器。
(10) The photoelectron emissive substance comprises at least two of the elements.
coat the compound formed by the two on an optically transparent substrate, then irradiate the substrate with a laser and measure the photocurrent generated by the electrons emitted by the laser irradiation. 3. An electron beam generator as claimed in claim 1 or 2, formed by evaporating cesium or cesium and oxygen onto the coated compound until the maximum value is reached.
(11)前記光電子放射陰極は、前記光電子放射物質上
にセシウム、またはセシウムおよび酸素を蒸着すること
によって、そのままの位置で再生される、特許請求の範
囲第1項または第2項に記載の電子ビーム発生器。
(11) The electron emitting cathode according to claim 1 or 2, wherein the photoelectron emitting cathode is regenerated in situ by depositing cesium or cesium and oxygen on the photoelectron emitting material. beam generator.
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