JPS62290052A - 電子放出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子放出装置に関し、特に電圧印加により電子
放出が誘起される電子放出装置に関する。この様な電子
放出装置はたとえば電子ビーム露光装置等の電子ビーム
応用装置の電子ビーム発生源として好適に利用される。

［従来の技術及びその問題点］ 電子発生源としては従来熱陰極からの熱電子放出が用い
られていた。この様な熱陰極を利用した電子放出は、加
熱によるエネルギーロスが大きい点、加熱手段の形成が
必要である点、及び予備加熱にかなりの時間を要する点
や熱により系が不安定化しやすいという点で問題があっ
た。

そこで、加熱によらない電子放出素子の研究が進められ
、いくつかの型の素子が提案されている。

たとえば、ＰＮ接合に逆バイアス電圧を印加し電子なだ
れ降伏現象を生ぜしめ素子外へと電子を放出する型のも
のや、金属−絶縁体層−金属層の構成を有し該２つの金
属の間に電圧を印加することによりトンネル効果で絶縁
体層を通過してきた電子を金属層から素子外へと放出す
る型（ＭＩＭ型）のものや、高抵抗薄膜にその膜厚方向
と直交する方向に電圧を印加し該薄膜表面から素子外へ
と電子を放出させる表面伝導型のものや、電界集中の生
じ易い形状の金属に対し電圧を印加して局所的に高密度
の電界を発生させ該金属から素子外へと電子を放出させ
る電界効果型（ＦＥ型）のものや、その他のものが提案
されている。

これら電子放出素子の応用例として、該素子を複数配列
し、各素子からの電子放出の０Ｎ−ＯＦＦを制御するこ
とにより所望のパターンに合わせて電子放出を行ない被
加工物表面に電子ビーム描画することが考えられる。

そして、この電子ビーム描画においてはビームスポット
径０．１＃１．ｍ程度で且つスポット位置精度０．１ｇ
ｍ程度以下であることが要求される様になっているが、
従来上記の様な電子放出素子においてはこの様な微小な
スポットを形成し且つ高位置精度を実現することは困難
であった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、以上の如き従来技術の問題点を解決す
るものとして、略環形状の電子放出パターンを有する電
子放出素子と、該素子の電子放出パターンの内側に設け
られた第１の偏向電極と、上記素子の電子放出パターン
の外側に設けられた略環形状をなす第２の偏向電極と、
上記素子からの放出電子を偏向せしめるため上記第１及
び第２の偏向電極の間に電圧を印加する手段とを有する
ユニット少なくとも１つからなることを特徴とする、電
子放出装置が提供される。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

第１図（ａ）は本発明による電子放出装置の第１の実施
例を示す底面図であり、第１図（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面
図である。

第１図において、２は半導体基板であり、たとえばｐ型
シリコンからなる。該基板２は円形をなしており、その
下面側には円環形状のｐ十領域及び該ｐ十領域を含む全
面を請う様なｎ十層が形成されている。これにより円環
形状のｐｎ接合が形成される。ｎ十層の厚さはたとえば
１００〜２００人程度である。４は該ｐｎ接合に対し逆
バイアス電圧を印加するための電源である。

基板２のｎ十層の下面には、はぼｐｎ接合に対応する円
環形状部分を除いて絶縁層６が付されている。該絶縁層
はたとえば５ｉ０２．ＳｉＮ。

Ｓｉ３　Ｎ４　、ＡＩＮ、ＢＮ等からなる。そして、該
絶縁層６の下面には内側偏向電極８及び外側偏向電極１
０が形成されている。これら偏向電極はたとえばＡＩ　
、Ｐｔ　、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ等の金属やポリシリコ
ン、シリサイド等からなる一般的な薄膜電極である。

尚、第１図（ｂ）に示される様に、基板２の中央部即ち
内側偏向電極８に対応する部分には上下方向の貫通孔が
形成されていて、該孔中を内側偏向電極８からのリード
線８ａが絶縁層６ａにより基板２と絶縁層６ａにより基
板２と絶縁されて上方に基板外へと延びている。

１２．１４は基板２のｎ十層に対し内側偏向電極８及び
外側偏向電極ｌＯに電圧を印加するための電源であり、
これら電源の電圧が等しい時は電極８．ｌＯは単なる引
出し電極として作用し、該電源１２．１４の電圧が異な
る時は更に電子ビームを偏向させる作用をなす。

第１図（ｂ）には本実施例装置の使用状態における被加
工物の配置も示されている。１６は被加工物たとえばシ
リコンウェハであり、該ウェハと基板２のｎ土層との間
にはウェハ側が正となる様な電子ビーム加速電圧を印加
するための電源１８が接続されている。

以−１−の様な本実施例装置においては、電源４により
ｐｎ接合にしきい値以上の電圧（たとえば５〜ｌ０Ｖ）
を印加することにより電子なだれ降伏現象によりホット
エレクトロンが形成され、その一部がｎ＋層から下方へ
と放出される。かくして放出された電子は内側偏向電極
８及び外側偏向電極ｌＯにより吸引され更にウェハ１６
がより高い電位であることから加速されて該ウェハ面に
衝突する。

ここで、上記電源１２．１４の電圧が等しい場合には、
円環形状のパターンにて放出された電子ビームは、図に
おいて点線で示される様にそのまま下方へと直進し、ウ
ェハ１６を円環形状のパターンにて露光する。一方、電
源１２．１４の電圧が異なる場合には、これら２つの電
源の電圧の大小に応じて電子ビームは内側または外側へ
と偏向せしめられる。即ち、たとえば電源１２の電圧が
電源１４の電圧よりも大きい場合には、図において実線
で示される様に、電子ビームは内側へと偏向せしめられ
、これら電源１２．１４の電圧を適宜設定することによ
り集束せしめられてウェハ１６をスポット状パターンに
て露光する様にできる。更に、電＄１２の電圧を電源１
４の電圧よりも小さくすることにより電子ビームを発散
させることもできる。

以」二の様に、本実施例によれば、必要に応じて電子ビ
ームを集束または発散させて電子ビーム密度を変化させ
ることができる。更に、内側偏向電極８のためのリード
線８ａは電子ビーム放出の円環形状パターンの対称軸−
にに配置されているため電界の対称性を乱すことがなく
、電子ビームを一様に集束することができ、微小スポッ
トを正確な位置に形成することができる。

第２図（ａ）は本発明による電子放出装置の第２の実施
例を示す底面図であり、第２図（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面
図である。

本実施例は、内側偏向電極が複数（図では８個）に分割
されており、これに対応して外側偏向電極も複数に分割
されている点が１−記第１の実施例と異なる。そして、
これら内側及び外側の偏向電極の対応する分割部分の間
にはそれぞれ独立に電圧を印加し得る様になっている。

即ち、内側偏向電極の各分割部分８−１〜８−８にはそ
れぞれ電［１２−１〜１２−８　（１２−１及び１２−
５のみ図示されている）により電圧Ｖ１〜ｖ８が印加さ
れ、外側偏向電極の各分割部分１０−１−１０−８には
それぞれ電源１４−１〜１４−８（１４−１及び１４−
５のみ図示されている）により電圧ｖ１　′〜Ｖａ　　
’が印加される様になっている。

かくして、本実施例装置においては、」―記電圧■１〜
ｖ８．ｖ１’〜Ｖａ　　’を適宜設定することにより、
第２図（ｂ）に示される様に電子ビームのウェハ１６上
における集束露光位置を所望の位置とすることができる
。

以上の実施例においては内側偏向電極のリード線を基板
側から引いているので電子ビーム偏向のための電界を乱
すことがない。

以」二の様な電子放出装置をユニットとして、該ユニッ
トを１列状または複数列状（２次元的）に配列し、各ユ
ニットからの電子放出の０Ｎ−ＯＦＦを適宜制御するこ
とにより、全体として所望のパターンにて電子ビーム露
光を行なうことができる。

この場合において、］―記第２の実施例のユニットを用
いることにより、各ユニットの配列精度を厳密にするこ
となしにウェハ１６上における電子ビーム集束露光位置
の配列精度を高めることができる。即ち、予め各ユニッ
トの配列ずれを測定しておき、当該ユニットに関する電
子ビーム集束露光位置を上記配列ずれを打消す位置とす
る様に各電極分割部分に印加する電圧を適宜補正すれば
よい。

上記実施例においてはｐｎ接合を用いた電子放出素子の
電子放出パターンが円環形状であり、内側及び外側の偏
向電極がこれに対応した形状を有する場合が示されてい
るが、本発明においては電子放出パターンは円環形状以
外のたとえば多角環形状であってもよく、偏向電極もそ
れに応じた適宜の形状が可能である。また、本発明にお
ける環形状とは必ずしも完全に閉じたものである必要は
なく、部分的に切れ目があってもよい。

更に、上記実施例においては電子放出素子がＰＮ接合型
である場合が示されているが、本発明においては電子放
出素子は他のたとえばＭＩＭ型や表面伝導型その他であ
ってもよいことはもちろんである。

［発明の効果１ 以上の様な本発明によれば、電子ビーム密度を変化させ
ることができ、電子ビームを極めて小さいスポット状に
集束させることができるので、高精度にて十分に細かい
電子ビーム描画を行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び第２図（ａ）は本発明電子放出装置の
武面図であり、第１図（ｂ）及び第２図（ｂ）はそれぞ
れそのＢ−Ｂ断面図である。 ２：基板、 ４．１２，１４，１８：電源、 ６：絶縁層、　　　　８：内側偏向電極、ｌＯ：外側偏
向電極、　　１６：ウェハ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）略環形状の電子放出パターンを有する電子放出素
   子と、該素子の電子放出パターンの内側に設けられた第
   １の偏向電極と、上記素子の電子放出パターンの外側に
   設けられた略環形状をなす第２の偏向電極と、上記素子
   からの放出電子を偏向せしめるため上記第１及び第２の
   偏向電極の間に電圧を印加する手段とを有することを特
   徴とする、電子放出装置。
2. （２）第１の偏向電極が第２の偏向電極の対称中心位置
   に配置されている、特許請求の範囲第１項の電子放出装
   置。
3. （３）第１の偏向電極と第２の偏向電極とが対応して同
   数に分割されており、電圧印加手段が上記第１の偏向電
   極と第２の偏向電極との各対応分割部分間ごとにそれぞ
   れ独立に電圧を印加し得るものである、特許請求の範囲
   第１項の電子放出装置。
4. （４）略環形状の電子放出パターンを有する電子放出素
   子と、該素子の電子放出パターンの内側に設けられた第
   １の偏向電極と、上記素子の電子放出パターンの外側に
   設けられた略環形状をなす第２の偏向電極と、上記素子
   からの放出電子を偏向せしめるため上記第１及び第２の
   偏向電極の間に電圧を印加する手段とを有するユニット
   を複数配列してなることを特徴とする、電子放出装置。
5. （５）各ユニットにおいて、第１の偏向電極が第２の偏
   向電極の対称中心位置に配置されている、特許請求の範
   囲第４項の電子放出装置。
6. （６）各ユニットにおいて、第１の偏向電極と第２の偏
   向電極とが対応して同数に分割されており、電圧印加手
   段が上記第１の偏向電極と第２の偏向電極との各対応分
   割部分間ごとにそれぞれ独立に電圧を印加し得るもので
   ある、特許請求の範囲第４項の電子放出装置。