JPS60175352A

JPS60175352A - 複数電子ビ−ム銃

Info

Publication number: JPS60175352A
Application number: JP59013415A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Shimazu; 信生島津
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1984-01-30
Filing date: 1984-01-30
Publication date: 1985-09-09

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】〔発明の利用分野〕本発明は複数の電子ビームを発生させる複数電子ビーム
銃に関するもので、例えば、半導体素子製作時のバタン
描画用として使用される。

〔発明の背景〕

従来技術とその問題点を第１図、第２図により説明する
。第１図は従来の電子銃の概要図、第２図は従来の電子
ビーム露光装置の一例を示す図である。

従来の電子銃は第１図に示すように、加熱したカソード
チップ６１から真空中に放射される電子を陽極６２で加
速する方式、あるいは、カソードチップの先端を先鋭化
させて電界を集中させてトンネル効果により電子を引き
出す方式であった。第１図では電子ビームは１本である
が、さらにこの方式のままで複数のビームを得ようとし
てカン−１ンチツプを複数個近接させて配置しようとし
ても、６３で示した電圧が数ＫＶ以上必要ということ、
製作上の問題、さらには電界集中の場合にはその均−性
の確保が難しいということなどから、安定して多数のビ
ームを取り出すことは事実上不可能であった。その結果
、従来形の電子銃を用いた現在量も高速な電子ビーム露
光装置は第２図に示すように、１本のビームを発生する
電子銃３１を用いて、ビームを照射レンズ３２により成
形アパーチャに照則し、成形アパーチャ３３，３６、成
形レンズ３５、成形偏向器３４より成る成形系でビーム
の成形像をつくり、これを縮小レンズ３７で縮小し、必
要な照射時間に応じて、ブランカ４２てビームのオンオ
フを行い、最後に対物レンズ３つと対物偏向器３８とか
ら成る対物偏向系で試料面４０に照射していた。なお、
４３　、４４．　、４５はそれぞれ照射図形制御回路、
ブランキング制御回路、照射位置制御回路である。その
結果、第２図から分かるように、試料面に所期のバタン
を描画するには１回の照射動作につき成形されたビーム
像１個のみの照射を繰り返していた。

その結果、集積回路の高密度化にともなうバタン数の増
大によって、生産性が著しく低くなるという問題点を有
していた。さらに、従来方式の電子銃を用いる電子ビー
ム露光装置用電子光学系には、照射レンズ、成形系、ブ
ランカが必要であり、装置価格が高いという問題点を有
していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来技術での上記した問題点を解決し
、所期の照射バタン形状に応した任意の形状を持つ複数
の電子ビームを、任意の照射時間で発生させることがで
き、これにより、電子ビーム露光装置の生産性の大幅な
向上と、装置価格の低減とを可能とする複数電子ビーム
銃を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、上記目的を達成するために、（１）絶
縁基板の表面上に複数の金属配線が平行に形成されこれ
らの金属配線の表面上に絶縁薄膜を介して複数の金属薄
膜配線が平行に、かつ、」二記金属配線とは一定角度で
交わる方向に形成されており、上記金属配線と上記金属
薄膜配線とが格子状に交わる各交点位置の領域をそれぞ
れ電子ビーム源とする複数電子ビーム銃とすること、及
び（２）絶縁基板の表面上にＰ形半導体より成る複数の
配線が金属配線を介しであるいは介さずに平行に形成さ
れこれらの配線の表面上にＮ形半導体より成る複数の薄
膜配線が平行に、かつ上記Ｐ形半導体より成る配線とは
一定角度で交わる方向に形成されており、」二記Ｐ形半
導体より成る配線と」二記Ｎ形半導体より成る薄膜配線
とが格子状に交わる各交点位置の領域をそれぞれ電子ビ
ーム源とする複数電子ビーム銃とするにある。即ち、本
発明は、金属及び絶縁体の薄膜層間のトンネル効果、あ
るいは半導体層間のトンネル効果に基づいて、所期の照
射バタン形状に応した任意の形状を持つ複数の電子ビー
ムを、任意の照射時間で発生させようとするものである
。

〔発明の実施例〕

以下図面により本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明による電子銃を説明するための図である
。電子銃部の全体構成は同図（ｄ）に示すとおりであり
、カソード部７が絶縁体よりなる支持体８により支持さ
れており、カソード部より放出−されたビームは陽極９
により加速される。このため、カソード部の基準電位と
陽極部との間には数ＫＶ以上の電圧を印加している。カ
ソード部と陽極部間に印加する加速用の高圧電源の（１
４或は従来形の電子銃とほぼ同様である。本発明の特徴
はカソード部にある。これを同図＋ａ＋−；　ｔｂ＋　
、　（Ｃ１を用いて説明する。（ａ）は電子が放出され
る方向からカソード部を見た部分図であり、そのＸ、Ｙ
方向の各断面図が（ｂ）、　（Ｃ）である。すなわち、
カソード部は絶縁材料から成る基板５上において、表面
に厚さが約１００オングストロームの酸化膜（絶縁薄膜
）２を持つ金属配線部（Ｍ）４がＹ方向に形成されてお
り、配線間はＳ］、０２より成る絶縁体３て埋められて
いる。金属配線部４に直交して（Ｘ方向）に金属薄膜（
Ａｕ）より成る配線部１が約１．５０オングストローム
の厚さで形成されて格子状の形状を成す。

さて、１と４との間にＩＯＶ程度の電圧を印加すると、
後述する原理により、格子点に相当する領域６において
絶縁膜２を通過するトンネル電流が流れ、その一部は真
空中に放出される。この放出された電子は前述の陽極に
より加速される。すなわ・ち、本発明では格子点の各領
域から複数のビームを得ることが可能である。

つぎに、本発明で任意の形状の複数ビームを得る方法に
ついて、第４図を用いて説明する。第４図（ａ）は第３
図（ａ）と同じ方向から見たカソード部とこれに電圧を
印加するだめのマルチプレクサ−を示している。マルチ
プレクサ−２１はＹ方向金属配線４をカソード部の基準
電圧に設定するための接続機能を持つ。マルチプレクサ
−２２はＸ方向金属薄膜配線１に１．ＯＶ径程度電圧を
与えるための接続機能を持つ。この図においては、トン
ネル電流がながれるように、電圧が設定される格子点は
図の丸印（○）の部分のみであるので、カソード部から
２個の長方形形状のビームを得る。これを試料面上ζこ
縮小して投影すると、第４図ｆｂｌに示すようなドース
を試料に与えることが可能となる。ここで、２３は一回
の照射動作で照射可能な最大の領域を、２４は（ａｌの
接続状態において試料面上にドーズを与えられる領域を
示している。さらに一般的にはマルチプレクサ−２１と
２２それぞれのスイッチの接続状態を時系列的に変えて
いくことで任意の図形を描くことができる。なお、ビー
ムをオフ（ブランキング）させたい場合には、マルチプ
レクサーのいずれか、あるいは両方のすべてのスイッチ
の接続状態を断状態にすれば良い。

さて、本発明による電子銃を用いて構成した電子ビーム
露光装置の概略図を第５図に示す。すなわち、電子光学
系は本発明による電子銃５０、縮小レンズ３７、偏向器
３８と対物レンズ３９のみから成り、電子銃には照射図
形制御回路とブランキング制御回路（これらを合わせて
５９とした）からの信号が入力されて所定の形状の複数
のビームを任意の時間に任意の時間間隔で放出するよう
になっている。。

照射位置制御回路４５より偏向器に照射位置信号が入力
されているのは従来形と同様である。

つぎに、第６図を用いて本発明が立脚するトンネル効果
による電子の真空中への放出の原理を説明するとともに
、Ｐ−Ｎ接合電極を用いた本発明のもうひとつの実施例
を説明する。同図（ａ）において、絶縁膜５２が数１０
人と薄い場合、電子の波動性により金属ベース５１の電
子の一部は絶縁膜のポテンシャルエネルギの障壁を超え
て浸み出していき金属膜５３に至る。この効果は、金属
膜５１と５３との間に１０Ｖ程度の電圧（図で電池■で
示している）をかけることで増大される。５３に到達し
た電子の一部は５３から真空中に飛び出すのに十分なエ
ネルギを持っていて、これが真空中に放出される。同図
（ａ）の下部に前述の説明に対応したエネルギ準位の図
を示した。

同様の現象は共に不純物濃度の高いＰ形およびＮ形半導
体より成る、ＰＮ接合を用いても可能である。ただし、
この場合、Ｎ層を薄膜化し、第６図（ｂ）に示すような
逆バイアス電圧を印加する。この原理に基づ（本発明の
実施例を同図（Ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す。これらは
、それぞれ第３図（ａ）、（ｂｌ、（Ｃ）に対応した平
面図と断面図であり、Ｐ層、Ｎ層の配線をそれぞれＹ方
向、Ｘ方向に形成して格子状の複数カソード領域を形成
している。なお、第６図（ｄ）、ｔｅ）においては、絶
縁基板５上にＹ方向に形成されるＰ形半導体より成る配
線が予め形成された金属配線６５上に形成されていると
して示されているが、この金属配線６５は必らずしも必
要のものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による電子銃を用いれば任意
の形状を持つ複数のビームを得ることが可能なため、半
導体パタンを描画するさいの照射回数が低減でき、その
結果露光装置の生産性を大幅に向上させることができる
。また、ブランキング動作も約１０Ｖという低電圧で実
行できるため、電気回路の動作における無駄時間を少な
くすることが可能となり、この点からも生産性を向上す
ることができる。さらに、従来形の露光装置を示した第
２図と本発明による電子銃を用いた第５図とを比べて見
ると分かるように、本発明の電子銃を用いると照射系、
成形系、ブランカが不要となり、電子光学系鏡体は極め
て簡素化されて価格を大幅に低下させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子銃の説明図、第２図は従来の電子ビ
ーム露光装置の一例を示す図、第３図は本発明の一実施
例の電子銃を示す図で（ａ）は平面図。（ｂ）はそのＸ方向断面図、（Ｃ）はＹ方向断面図、第
４図は本発明による電子銃の動作説明図で（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）の接続状態において試料面上にドー
ズを与えられる領域を示す図、第５図は本発明による電
子銃を用いて構成した電子ビーム露光装置の概要図、第
６図は本発明が立脚するトンネル効果による電子の真空
中への放出原理説明図とＰＮ接合電極を用いた本発明の
！也の実施例図で、（ａ）は放出原理説明図、（ｂ）は
ＰＮ接合電極を用いた実施例図、ＦＣ＋は平面図、（ｄ
）はそのＸ方向断面図、（ｅ）はＹ方向断面図である。〔符号の説明〕ｌ・・・金属薄膜配線　２・・・絶縁薄膜層３・・・絶
縁体　４・・・金属配線部５・・・絶縁基板　６・・・格子点領域７　・カソード
部　８・・・絶縁支持体９・・・引出し陽極　１０・・
加速用高圧電源２１　、２２・・マルチプレクサ− ３１・・・従来形電子銃　３２・・・照射レンズ３３．
３６・・・成形アパーチャ３４・・・成形偏向器　３５・・・成形レンズ３７・・
・縮小レンズ　３８・・・偏向器３９・・・対物レンズ
　４０・・・試料面４１・・・ビーム軌Ｊ　４２・・−
ブランカ４３・・・照射図形制御回路４４・・・ブランキング制御回路４５・・・照射位置制御回路５０・・・本発明による電
子銃５１・・・金属ベース　５２・・・絶縁膜５３・・
・金属膜　５４・・・Ｐ形半導体５５・・・Ｎ形半導体
　６１・・・カソードチップ６２・・・ビーム引出し陽
極６３・・・加速用の高圧電源６５・・・金属配線特許出願人　日本電信電話公社代理人゛弁理士　中村純之助牙・１　図　ｆ２ヅ矛３図（ｄ）１７′４図（ｂ）ｔ５　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁基板の表面上に複数の金属配線が平行に形成
されこれらの金属配線の表面上に絶縁薄膜を介して複数
の金属薄膜配線が平行に、かつ、上記金属配線とは一定
角度で交わる方向に形成されており、上記金属配線と上
記金属薄膜配線とが格子状に交わる各交点位置の領域を
それぞれ電子ビーム源とすることを特徴とする複数電子
ビーム銃。
（２）絶縁基板の表面上にＰ形半導体より成る複数の配
線が金属配線を介しであるいは介さずに平行に形成され
これらの配線の表面上にＮ形半導体より成る複数の薄膜
配線が平行に、かつ上記Ｐ形半導体より成る配線とは一
定角度で交わる方向に形成されており、上記Ｐ形半導体
より成る配線と上記Ｎ形半導体より成る薄膜配線とが格
子状に交わる各交点位置の領域をそれぞれ電子ビーム源
とすることを特徴とする複数電子ビーム銃。