(57)【要約】【課題】  電子放出露光装置及びその電子ビーム源である焦電体エミッタの製造方法を提供することを課題にする。【解決手段】  基板ホルダ１２２に対向して設けられ、加熱により電子を放出する焦電体平板１１１と、この焦電体平板１１１の基板ホルダ１２２に対向する面に設けられた誘電体平板１１３と、誘電体平板１１３の基板ホルダ１２２に対向する面にパターニングされ、前記電子の放出を遮蔽する半導体薄膜１１４と、焦電体平板１１１を過熱する熱源１１８と、焦電体平板１１１及び基板ホルダ１２２の外郭に配置され、焦電体平板１１１から放出された前記電子の経路を制御する直流磁場発生器１３０と、を備えることを特徴とする。【選択図】      図１
2004282076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板ホルダに対向して設けられ、加熱により電子を放出する焦電体平板と、
この焦電体平板の前記基板ホルダに対向する面に設けられた誘電体平板と、
この誘電体平板の前記基板ホルダに対向する面にパターニングされ、前記電子の放出を遮蔽する半導体薄膜と、
前記焦電体平板を過熱する熱源と、
前記焦電体平板及び前記基板ホルダの外郭に配置され、前記焦電体平板から放出された前記電子の経路を制御する直流磁場発生器と、を備えることを特徴とする電子放出露光装置。
【請求項２】
前記焦電体平板及び前記誘電体平板の間に所定厚さの接着層を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出露光装置。
【請求項３】
前記熱源は、電気抵抗による接触方式を用いた過熱板であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出露光装置。
【請求項４】
前記熱源は、赤外線発生による遠隔方式を用いた加熱装置であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出露光装置。
【請求項５】
前記焦電体平板は、ＬｉＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3，ＢａＴｉＯ3及びＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3の群の中から選択される一の物質を少なくとも含む構成であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出露光装置。
【請求項６】
前記誘電体平板はサファイアからなることを特徴とする請求項１に記載の電子放出露光装置。
【請求項７】
前記誘電体平板は０．１〜１ｍｍの厚さであることを特徴とする請求項１に記載の電子放出露光装置。
【請求項８】
前記半導体薄膜はシリコンを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の電子放出露光装置。
【請求項９】
前記半導体薄膜は、１００〜１０，０００Åの厚さに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出露光装置。
【請求項１０】
基板ホルダに対向して設けられ、加熱により電子を放出する焦電体平板と、
この焦電体平板の前記基板ホルダに対向する面に設けられた誘電体平板と、
この誘電体平板の前記基板ホルダに対向する面にパターニングされ、前記電子の放出を遮蔽する半導体薄膜と、
前記焦電体平板を過熱する熱源と、
前記焦電体平板と前記基板ホルダとの間に配置され、前記焦電体平板から放出された前記電子の経路を制御する偏向装置と、を備えることを特徴とする電子放出露光装置。
【請求項１１】
前記焦電体平板と前記誘電体平板との間に所定厚さの接着層を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電子放出露光装置。
【請求項１２】
前記偏向装置は、
前記焦電体平板から放出された電子を偏向させる偏向板と、
偏向された前記電子を集束させる少なくとも一つの磁気レンズとを備えることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出露光装置。
【請求項１３】
前記熱源は、電気抵抗による接触方式を用いた過熱板であることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出露光装置。
【請求項１４】
前記熱源は、赤外線発生による遠隔方式を用いた加熱装置であることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出露光装置。
【請求項１５】
前記焦電体平板は、ＬｉＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3，ＢａＴｉＯ3及びＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3の群の中から選択される一の物質を少なくとも含む構成であることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出露光装置。
【請求項１６】
前記誘電体平板はサファイアからなることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出露光装置。
【請求項１７】
前記誘電体平板は０．１〜１ｍｍの厚さであることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出露光装置。
【請求項１８】
前記半導体薄膜はシリコンを含んで構成されることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出露光装置。
【請求項１９】
前記半導体薄膜は１００〜１０，０００Åの厚さに形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出露光装置。
【請求項２０】
基板ホルダに対向して設けられ、加熱により電子を放出する焦電体平板と、
この焦電体平板の前記基板ホルダに対向する面に設けられた誘電体平板と、
この誘電体平板の前記基板ホルダに対向する面にパターニングされ、前記電子の放出を遮蔽する半導体薄膜と、を含む焦電体エミッタの製造方法であって、
（ａ）前記焦電体平板を準備する段階と、
（ｂ）表面に半導体薄膜がパターニングされた誘電体平板を準備する段階と、
（ｃ）前記焦電体平板上に前記誘電体平板を配置する段階と、を含むことを特徴とする焦電体エミッタの製造方法。
【請求項２１】
前記段階（ｂ）は、
（ｂ１）所定厚さの誘電体平板上に所定厚さの半導体薄膜及びレジストを順次的に形成する段階と、
（ｂ２）前記レジストを所定のパターンにパターニングする段階と、
（ｂ３）前記レジストパターンをマスクとして前記半導体薄膜をパターニングする段階と、
（ｂ４）前記感光膜パターンを除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項２０に記載の焦電体エミッタの製造方法。
【請求項２２】
前記段階（ｃ）は、
前記焦電体平板の上に接着層を形成する段階と、
この接着層上に前記誘電体平板を接着させる段階と、を含むことを特徴とする請求項２０に記載の焦電体エミッタの製造方法。
【請求項２３】
前記焦電体平板は、ＬｉＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3，ＢａＴｉＯ3及びＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3の群の中から選択される一の物質を少なくとも含んで製造されることを特徴とする請求項２０に記載の焦電体エミッタの製造方法。
【請求項２４】
前記誘電体平板はサファイアからなることを特徴とする請求項２０に記載の焦電体エミッタの製造方法。
【請求項２５】
前記誘電体平板は０．１〜１ｍｍの厚さであることを特徴とする請求項２０に記載の焦電体エミッタの製造方法。
【請求項２６】
前記半導体薄膜はシリコンを含んで構成されることを特徴とする請求項２０に記載の焦電体エミッタの製造方法。
【請求項２７】
前記半導体薄膜は、１００〜１０，０００Åの厚さに形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の焦電体エミッタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板をパターニングするための露光装置に関し、より詳しくは、加熱すると電子を放出する焦電体平板を電子ビーム源に用いる電子放出露光装置及びこの電子ビーム源である焦電体エミッタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大面積の電子投射装置として、熱電子ソースを用いる露光装置と、光陰極投射装置とが開発されてきた。まず、熱電子ソースを用いる露光装置とは、電気及び磁気場を用いて電子ビームを制御するものである。しかし、この露光装置は、熱電子ソースから出力される電子ビームが放射状に広がるため、この電子ビームを平行に維持する装置が必要となり、大面積化すると露光装置の構造が複雑になる。一方、光陰極投射装置は、電子ソースの大面積化が容易であるが空気汚染に極めて敏感であって商用化が難しいといった問題がある。
【０００３】
近年、電子ビーム源を用いる電子投射装置が開発されている。この型の電子投射装置として、焦電体平板の表面に電子の放出を遮蔽するマスクを形成し、露出した領域から電子ビームを放出させる技術が開示されている（例えば特許文献１）。
しかし、電子の放出を遮蔽させるマスクの材料として金属薄膜を用いる場合、この金属薄膜のエッチングが困難であるため、焦電体平板に金属薄膜をパターニングする過程において焦電体平板がフォトレジストに汚染されたり、ベーキングする過程において熱的損傷を受けたりする問題があった。
【特許文献１】米国特許公開第２００３−６３８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の技術的課題は、パターニングが容易な半導体薄膜をマスクとして用いる電子ビーム源により電子を放出させる露光装置を提供することである。
本発明の他の技術的課題は、別途に製作したマスクを焦電体平板に配置して、電子ビーム源を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記技術的課題を達成するために本発明のパターニングされたエミッタを用いた１：１投射用の電子放出露光装置は、焦電体平板上にパターニングされた半導体薄膜が表面に形成された所定厚さの誘電体平板が積層され、基板ホルダに対して所定間隔を置いて配置され、前記基板ホルダと向き合う面に前記パターニングされた半導体薄膜が配置される焦電体エミッタと、前記エミッタを過熱する熱源と、前記エミッタから放出された電子の経路を制御するために、前記エミッタ及び前記基板ホルダの外郭に配置された磁石又は直流磁場発生装置とを備える。
前記焦電体平板及び前記誘電体平板の間に所定厚さの接着層がさらに形成されたことが望ましい。
前記熱源は電気抵抗過熱を用いる接触式過熱板又は赤外線を発生する遠隔加熱装置であることが望ましい。
前記焦電体平板は、ＬｉＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3，ＢａＴｉＯ3及びＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3より成ったグループの中選択された焦電体で製造されることが望ましい。
前記誘電体平板は０．１〜１ｍｍの厚さのサファイア平板であることが望ましい。
前記半導体薄膜は１００〜１０，０００Å厚さに形成されたシリコン薄膜であることが望ましい。
又、焦電体平板上にパターニングされた半導体薄膜が表面に形成された所定厚さの誘電体平板が積層され、基板ホルダに対して所定間隔を置いて配置され、前記基板ホルダと向き合う面に前記前記パターニングされた半導体薄膜が配置される焦電体エミッタと、前記エミッタを過熱するための熱源と、前記エミッタから放出された電子の経路を制御するために、前記エミッタと前記基板ホルダとの間に配置された偏向装置とを備えることを特徴とするｘ：１の投射用の電子放出露光装置が提供される。
前記偏向装置は、前記エミッタから放出された電子を偏向させる偏向板と、前記偏向された電子を集束させる少なくとも一つの磁気レンズとを備えることが望ましい。
前記技術的課題を達成するために本発明のパターニングされたエミッタを製造する方法
は、（ａ）焦電体平板を準備する段階と、（ｂ）誘電体平板上にパターニングされた半導体薄膜を形成してパターニングされたマスクを準備する段階と、（ｃ）前記焦電体平板上に前記パターニングされたマスクを配置する段階とを備える。
前記段階（ｂ）は、（ｂ１）所定厚さの誘電体平板上に所定厚さの半導体薄膜及びレジストを順次に形成する段階と、（ｂ２）前記レジストを所定のパターンにパターニングする段階と、（ｂ３）前記レジストパターンをマスクとして前記半導体薄膜をパターニングする段階と、（ｂ４）前記感光膜パターンを除去する段階とを備えることが望ましい。
前記段階（ｃ）は、前記焦電体平板上に接着層を形成し、前記接着層上に前記パターニングされたマスクを接着させる段階であることが望ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の電子放出露光装置は、誘電体平板上にパターニングされた半導体薄膜をマスクとして用いる。そして焦電体エミッタを加熱すれば、この焦電体エミッタの表面のうち半導体薄膜に隠された部分からは電子が放出されず、露出された部分からは電子が放出されることになる。このため焦電体エミッタに形成されたパターンの模様がそのまま基板に投射される。磁石又は偏向装置を用いて焦電体エミッタから放出された電子ビームを制御することができ、従って１：１投射又はｘ：１投射を得ることができる。又、焦電体平板と誘電体平板が半導体薄膜でパターニングされたマスクとを各々準備して結合させることにより、異なるパターニングを有する焦電体エミッタを容易に製作することができ、金属薄膜をパターニングする時に起こるフォトレジストによる汚染を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態による焦電体エミッタを用いた電子放出露光装置を詳細に説明する。これら図面に示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のため、誇張して示されている。
【０００８】
（第一実施形態）
図１は本発明の第一実施形態に係る１：１投射用の電子放出露光装置に、電子レジストが表面に形成された基板がセットされている状態を示す概略的な断面図である。
図１に示すように、基板ホルダ１２２上に、電子レジスト１２４が塗布された基板１２０が配置されている。そして、前記基板１２０から所定の距離だけ離隔した位置には、真空状態で加熱されると電子ビーム１１７を放出する焦電体エミッタ１１０が、エミッタマウント１１２に装着されている。
【０００９】
この焦電体エミッタ１１０は、積層構造を有するものであって、最下部層には焦電体平板１１１が配置され、その上に誘電体平板１１３が積層され、この誘電体平板１１３上には所定のパターンでパターニングされた半導体薄膜１１４が形成されている。なお、この焦電体平板１１１及び誘電体平板１１３の間には、両者を結合させる所定厚みの接着層１１５が形成されることが望ましい。
【００１０】
焦電体平板１１１は、電気抵抗による接触方式の加熱板、又は赤外線発生による遠隔方式の加熱装置等の熱源１１８により加熱される。
焦電体平板１１１及び基板ホルダ１２２の外側には、焦電体エミッタ１１０から放出された電子ビーム１１７の経路を制御する電磁石又は永久磁石１３０，１３０’が配置される。なお、これら磁石１３０，１３０’に限定されることなく直流磁場を発生するもの（直流磁場発生器）が配置されていればよい。
【００１１】
焦電体平板１１１は、ＬｉＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3，ＢａＴｉＯ3及びＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3等のような焦電体物質で構成され、真空状態において熱源１１８により加熱されると電子を放出する。
半導体薄膜１１４は、加工が容易で価格が低廉で、半導体の製造工程で広く適用されるシリコン物質により形成され、１００〜１０，０００Åの厚さで形成されることが望ましい。
誘電体平板１１３は、望ましくは０．１〜１ｍｍの厚さのサファイアにより形成されることが望ましい。
【００１２】
図２は、半導体薄膜１１４の有無により相違する三種のＬｉＮｂＯ3により作成した１ｍｍの厚さの焦電体平板１１１が放出する電流値を、加熱した温度に対してプロットしたグラフである。
実験は、図２に示すように、何も蒸着されていない焦電体平板１１１（bare LN）、約５００Å厚さの非晶質シリコン薄膜が蒸着された焦電体平板１１１（a-Si/LN）、ドーピングされていない非晶質シリコン薄膜が蒸着された焦電体平板１１１（undoped a-Si/LN）の各々に対し、常温である２０℃から１２０℃まで加熱した後、再び常温に冷却する熱サイクルを与えた。図２の（bare LN）のプロットに示すように、２０℃から５０℃までの熱サイクルの過程では、焦電体平板１１１から電子は放出されず、５０℃過ぎから電子が放出され始め約１１０℃で電子レジストをパターニングするのに必要な電子照射量が放出されるのがわかる。これに対し、（a-Si/LN）や（undoped a-Si/LN）のプロットでは、焦電体平板１１１が加熱されても電子が殆ど放出されないことが分かる。この結果より、半導体薄膜１１４が、電子の放出を妨げる遮蔽の役割を果たすことが分かる。
【００１３】
図１を参照して、１：１投射用の電子放出露光装置の動作原理を説明する。先ず、電子レジスト１２４を塗布した基板１２０を基板ホルダ１２２に載せた後で焦電体エミッタ１１０を加熱する。このとき、焦電体平板１１１を真空状態、例えば２×１０-5ｔｏｒｒ以下に維持された状態で、熱源１１８により所定温度、例えば１１０℃に加熱する。すると、半導体薄膜１１４でパターニングされていない誘電体平板１１３の露出した部分から電子ビーム１１７が放出される。この電子ビーム１１７の進行方向は、永久磁石又は電磁石１３０，１３０’により形成された約０．８Ｔ（Tesla）の直流磁場により、相対的に直進方向に制御される。そして、電子ビーム１１７は、基板１２０上の電子レジスト１２４を直撃してこれをパターニングする。この際、電子レジスト１２４に形成されるパターンは、半導体薄膜１１４のパターンに対し１：１の比率で投射される。そして、焦電体エミッタ１１０の加熱及び冷却を反復して、連続して、基板１２０の上に投射してパターニングを行う。
第一実施形態では焦電体エミッタ１１０がエミッタマウント１１２に装着されて構成されているが、エミッタマウント１１２に代替して過熱板により構成されてもよい。また、熱源１１８は赤外線を発生する遠隔加熱装置（図示せず）を用いてもよい。
【００１４】
（第二実施形態）
図３は本発明の第二実施形態によるｘ：１投射用の電子放出露光装置を示す概略的な断面図である。図３は、ｘ：１投射用の電子放出露光装置とともに、電子レジストが表面に形成された基板を示し、さらに、第一実施形態と同一な構成要素に関しては同一の図面符号を付し、以下、詳細な説明を省略する。
図３に示すように、基板ホルダ２２２上には、電子レジスト２２４が塗布された基板２２０が配置されている。そして、この基板２２０から所定の距離だけ離隔した位置には、加熱されると電子ビーム２１７を放出する焦電体エミッタ２１０がエミッタマウント２１２に装着されている。
【００１５】
この焦電体エミッタ２１０は、積層構造を有するものであって、最下部層には焦電体平板２１１が配置され、その上に誘電体平板２１３が積層されて、この誘電体平板２１３上には所定のパターンでパターニングされた半導体薄膜２１４が形成されている。なお、この焦電体平板２１１及び誘電体平板２１３の間には、両者を結合させる所定厚みの接着層２１５が形成されることが望ましい。
【００１６】
焦電体平板２１１は、電気抵抗による接触方式の加熱板、又は赤外線発生による遠隔方式の加熱装置等の熱源２１８により加熱される。
焦電体平板２１１及び基板ホルダ２２２の間には、焦電体エミッタ２１０から放出された電子ビーム２１７を偏向させる偏向板２５２と、この偏向板２５２上に配置されて、この偏向された電子ビーム２１７を集積させる磁気レンズ２５４と、磁気レンズ２５４により集束された電子ビーム２１７を通過させ、前記集束された電子から外れた電子を排除する絞り２５６が配置されている。
【００１７】
焦電体平板２１１は、ＬｉＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3，ＢａＴｉＯ3及びＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3等のような焦電体物質で作られ、真空状態で熱源２１８により加熱されると電子を放出する。
【００１８】
半導体薄膜２１４は加工が容易で価格が低廉であり半導体工程で広く使用されるシリコン物質で形成され、１００〜１０，０００Å厚さに形成されることが望ましい。
誘電体平板２１３は望ましくはサファイアを使用して０．１〜１ｍｍの厚さに形成されることが望ましい。
【００１９】
前記したような構成を有するｘ：１投射用の電子放出露光装置の動作原理は次の通りである。先ず、電子レジスト２２４を塗布した基板２２０を基板ホルダ２２２に載せた後で焦電体エミッタ２１０を加熱する。このとき、焦電体平板２１１を真空状態、例えば２×１０-5ｔｏｒｒ以下で維持された状態で熱源２１８により所定温度、例えば１１０℃に加熱する。すると、半導体薄膜２１４でパターニングされていない誘電体平板２１３の露出した部分から電子ビーム２１７が放出される。この電子ビーム２１７は、偏向板２５２及び磁気レンズ２５４により集束させられて、エミッタパターンのサイズが所定の比率（ｘ：１）で縮小する。
【００２０】
前記した第二実施形態において、電子ビーム２１７を放出する焦電体エミッタ２１０は、エミッタマウント２１２に装着されていたが、このエミッタマウント２１２は、過熱板に代替することもできる。
【００２１】
図４Ａから図４Ｅは、本発明の電子放出露光装置に用いる焦電体エミッタ１１０，２１０の製造工程を示す図面である。
先ず、ＬｉＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3，ＢａＴｉＯ3及びＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3等のような焦電体物質により所定厚さ、例えば１ｍｍの厚さで形成された焦電体平板４１１（図４Ｅ参照）を準備する。
【００２２】
次に、パターニングを行う過程を説明する。
先ず、図４Ａに示すように、厚さ０．１〜１ｍｍの厚さの誘電体平板４１３、例えばサファイア平板上に、エッチングが容易な半導体薄膜４１４、例えばシリコン薄膜を１００〜１０，０００Å厚さで蒸着する。そして半導体薄膜４１４上に感光剤（Ｒｅｓｉｓｔ：Ｒ）をコーティングする。
【００２３】
次いで、フォトリソグラフ又は電子ビームリソグラフィ方法を用いて露光及び現象を通じて感光剤Ｒをパターニングする（図４Ｂ参照）。次に、パターニングされた感光剤Ｒをマスクとしてシリコン薄膜４１４をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）エッチングしてパターニングする（図４Ｃ参照）。次いで、残留感光剤（Ｒ）を除去すれば、シリコン薄膜４１４のパターンが完成される（図４Ｄ参照）。次いで、前記過程で完成されたマスク４４０を予め準備した焦電体平板４１１上に配置すれば、電子ビーム源であるパターニングされた焦電体エミッタが製造される（図４Ｅ参照）。一方、前記マスク４４０及び焦電体平板４１１の間にエポキシ樹脂のような接着層４１５を使用してそれらを接着するのが望ましい。
【００２４】
本発明は図面を参照して実施形態を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野で当業者ならこれより多様な変形及び均等な実施形態が可能であるという点を理解するであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲に定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の電子放出露光装置及び焦電体エミッタの製造方法は、例えば大面積電子投射装置に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一実施形態に係る１：１投射用の電子放出露光装置の概略的構成を示す断面図である。
【図２】半導体薄膜の有無により相違する三種のＬｉＮｂＯ3により作成した１ｍｍの厚さの焦電体平板が放出する電流値を、加熱した温度に対してプロットしたグラフである。
【図３】本発明の第二実施形態に係るｘ：１投射用の電子放出露光装置の概略的な構成を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明に係る電子放出露光装置に用いる焦電体エミッタの第一製造工程を示す図面である。
【図４Ｂ】本発明に係る電子放出露光装置に用いる焦電体エミッタの第二製造工程を示す図面である。
【図４Ｃ】本発明に係る電子放出露光装置に用いる焦電体エミッタの第三製造工程を示す図面である。
【図４Ｄ】本発明に係る電子放出露光装置に用いる焦電体エミッタの第四製造工程を示す図面である。
【図４Ｅ】本発明に係る電子放出露光装置に用いる焦電体エミッタの第五製造工程を示す図面である。
【符号の説明】
【００２７】
１１０    焦電体エミッタ
１１１    焦電体平板
１１２    エミッタマウント
１１３    誘電体平板
１１４    半導体薄膜
１１５    接着層
１１７    電子ビーム
１１８    熱源
１２０    基板
１２２    基板ホルダ
１２４    電子レジスト
１３０，１３０’  磁石
【図１】
2004282076.tif 000003
【図２】
2004282076.tif 000004
【図３】
2004282076.tif 000005
【図４Ａ】
2004282076.tif 000006
【図４Ｂ】
2004282076.tif 000007
【図４Ｃ】
2004282076.tif 000008
【図４Ｄ】
2004282076.tif 000009
【図４Ｅ】
2004282076.tif 000010