(57)【要約】【課題】電子ビーム露光装置のスループットを向上させる並列度を高め、簡便に形成できる電子ビーム発生装置。【解決手段】それぞれが凹面を有する複数の凹部が設けられた基板と、複数の凹部に設けられ、電子を放出する複数の電子放出部と、複数の電子放出部のそれぞれに対応して設けられ、対応する電子放出部が放出した電子を加速して電子放出部が設けられた凹部から電子ビームとしてそれぞれ出力する複数の第１電極部と、複数の第１電極部および基板の間において複数の凹部に対応する位置に設けられ、絶縁材料で形成される障壁部とを備える電子ビーム発生装置、電子ビーム照射装置、電子ビーム露光装置を提供する。【選択図】図３
2016119140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが凹面を有する複数の凹部が設けられた基板と、
前記複数の凹部に設けられ、電子を放出する複数の電子放出部と、
前記複数の電子放出部のそれぞれに対応して設けられ、対応する電子放出部が放出した電子を加速して前記電子放出部が設けられた凹部から電子ビームとしてそれぞれ出力する複数の第１電極部と、
前記複数の第１電極部および前記基板の間において前記複数の凹部に対応する位置に設けられ、絶縁材料で形成される障壁部と
を備える電子ビーム発生装置。
【請求項２】
前記複数の凹部は、等方性エッチングにより形成される請求項１に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項３】
前記複数の凹部は、前記基板の一方の面にマトリクス状に形成される請求項１または２に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項４】
前記複数の電子放出部のそれぞれは、ナノ結晶を含み、駆動電圧に応じて電子をそれぞれ放出する請求項１から３のいずれか一項に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項５】
前記複数の電子放出部のそれぞれは、放出される電子をトンネリングする絶縁膜を含む
請求項１から３のいずれか一項に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項６】
前記複数の第１電極部のそれぞれは、開口部を有し、前記基板の前記複数の凹部が設けられる一方の面に板状に形成され、対応する前記凹部との電位差によって前記開口部から前記電子ビームを集束させて出力させる請求項１から５のいずれか一項に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項７】
前記複数の凹部のそれぞれは、前記凹部を覆う導電性物質で形成された第２電極部を有する請求項１から６のいずれか一項に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項８】
前記基板の他方の面に形成され、前記複数の電子放出部から電子を放出させる駆動電圧を、前記複数の電子放出部のそれぞれに対して個別に供給する電子回路部を更に備える請求項１から７のいずれか一項に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項９】
前記電子回路部は、半導体基板に形成され、当該半導体基板の一方の面は、前記基板と
張り合わされる請求項８に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項１０】
前記複数の凹部のそれぞれは、球面状または放物面状に形成される請求項１から９のいずれか一項に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項１１】
前記複数の凹部は、ウェットエッチングにより形成される請求項１から１０のいずれか一項に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項１２】
前記凹部の中心点により近い部分から放出される電子の層流を、前記中心点により近い位置に集中させて負の収差を発生させることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項１３】
前記凹部の形状は、前記複数の電子放出部の電子を放出する方向と、当該方向の電子のトンネル確率との乗算がより大きくなる前記方向を、対応する第１電極部の開口部に向ける請求項１から１２のいずれか一項に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の電子ビーム発生装置と、
前記電子ビーム発生装置から出力される複数の電子ビームによる描画パターンを予め定められた倍率にして対象物に照射する電子レンズと、
を備える電子ビーム照射装置。
【請求項１５】
１または複数の請求項１４に記載の電子ビーム照射装置と、
前記対象物を載置するステージ部と、
前記１または複数の電子ビームが描画する描画パターン情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された描画パターン情報に応じて、前記電子ビーム照射装置に複数の電子ビームを出力させる制御信号を送信する制御部と、
を備える電子ビーム露光装置。
【請求項１６】
電子ビーム発生装置の製造方法であって、
第１基板に複数の凹部を形成する凹部形成段階と、
前記複数の凹部に、電子を放出する複数の電子放出部を形成する電子放出部形成段階と、
前記複数の電子放出部のそれぞれに対応して、対応する電子放出部が放出した電子を加速して前記電子放出部が設けられた前記凹部から電子ビームとして出力する複数の第１電極部を形成する第１電極部形成段階と、
前記第１基板に形成された前記複数の凹部に対応し、絶縁材料で形成される障壁部を形成する障壁部形成段階と
を備える製造方法。
【請求項１７】
前記凹部形成段階は、等方性エッチングにより前記複数の凹部を形成する請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記第１電極部形成段階は、第２基板上に前記複数の第１電極部を形成し、
前記障壁部形成段階は、前記第２基板上における前記複数の凹部に対応する位置に前記障壁部を形成し、
前記第１基板の前記複数の凹部側の面と、前記第２基板の前記障壁部側の面とを張り合わせる張り合わせ段階を更に備える
請求項１６または１７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム発生装置、電子ビーム照射装置、電子ビーム露光装置、および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細パターンが設けられる半導体集積回路は、電子ビーム露光装置を用い、パターンデータに応じて電子ビームを半導体基板に直接描画して当該微細パターンを形成していた（例えば、特許文献１および２参照）。
特許文献１  特開２００７−３２９２２０号公報
特許文献２  特開平９−２４５７０８号公報
非特許文献１  P.N.Minh, L.T.T.Tuyen, T.Ono, H.Mimura, K.Yokoo and M.Esashi : Carbon nanotube on a Si tip for electron field emitter, Jpn. J. Appl. Phys., 41 Part2, 12A (2002), L1409-L1411
非特許文献２  P.N.Minh, L.T.T.Tuyen, T.Ono, H.Miyashita, Y.Suzuki, H.Mimura and M.Esashi : Selective growth of carbon nanotubes on Si microfabricated tips and application for electron field emitters, J. Vac. Sci. Technol. B 21, 4, (2003), 1705-1709
非特許文献３  P.N.Minh, T.Ono, N.Sato, H.Mimura and M.Esashi : Microelectron field emitter array with focus lenses for multielectron beam lithography based on silicon on insulator wafer, J.Vac.Sci.Technol., B22, 3 (2004) 1273-1276
非特許文献４  J.H.Bae, P.N.Minh, T.Ono and M.Esashi : Schottky emitter using boron-doped diamond, J.Vac.Sci.Technol., B22, 3 (2004) 1349-1352
非特許文献５  C.-H.Tsai, T.Ono and M.Esashi : Fabrication of diamond Schottky emitter array by using electrophoresis pre-treatment and hot-filament chemical vapor deposition, diamond and related materials, 16 (2007) 1398-1402
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、描画するパターンの微細化と、半導体ウェハの大口径化が進むことにより、電子ビーム露光装置のスループットが低下していた。例えば、描画すべき画素数が３０年程度で２万倍程度に増加しているので、１枚の半導体ウェハを１０時間以上かけて描画する場合も生じていた。このようなスループットを改善する目的で、電子ビーム発生装置を小型化する動向にあるが、実際に作製して動作させることは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、それぞれが凹面を有する複数の凹部が設けられた基板と、複数の凹部に設けられ、電子を放出する複数の電子放出部と、複数の電子放出部のそれぞれに対応して設けられ、対応する電子放出部が放出した電子を加速して電子放出部が設けられた凹部から電子ビームとしてそれぞれ出力する複数の第１電極部と、複数の第１電極部および基板の間において複数の凹部に対応する位置に設けられ、絶縁材料で形成される障壁部とを備える電子ビーム発生装置、電子ビーム照射装置、電子ビーム露光装置を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、電子ビーム発生装置の製造方法であって、第１基板に複数の凹部を形成する凹部形成段階と、複数の凹部に、電子を放出する複数の電子放出部を形成する電子放出部形成段階と、複数の電子放出部のそれぞれに対応して、対応する電子放出部が放出した電子を加速して電子放出部が設けられた凹部から電子ビームとして出力する複数の第１電極部を形成する第１電極部形成段階と、第１基板に形成された複数の凹部に対応し、絶縁材料で形成される障壁部を形成する障壁部形成段階とを備える製造方法を提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０００の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。
【図２】本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。
【図３】本実施形態に係る電子ビーム発生装置２００の構成例を示す。
【図４】本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０００の変形例を半導体ウェハ１０と共に示す。
【図５】本実施形態に係る電子ビーム発生装置２００を形成する製造フローの一例を示す。
【図６】本実施形態に係る第１基板５１０にレジスト４００が形成された段階の断面構成を示す。
【図７】本実施形態に係るレジスト４００の開口部４０２から第１基板５１０がエッチングされた段階の断面構成を示す。
【図８】本実施形態に係る第１基板５１０に凹部２１４が形成された段階の断面構成を示す。
【図９】本実施形態に係る第１基板５１０に、ポリシリコン層２１６が形成された段階の断面構成を示す。
【図１０】本実施形態に係る第１基板５１０のポリシリコン層２１６が形成された面に、第１絶縁膜２１５および第２絶縁膜２１８が形成された段階の断面構成を示す。
【図１１】本実施形態に係る凹部２１４に電子放出部３００が形成された段階の断面構成を示す。
【図１２】本実施形態に係る第１基板５１０の電子放出部３００が形成された面に、第２電極部３２０が形成された段階の断面構成を示す
【図１３】本実施形態に係る第１基板５１０の第２電極部３２０が形成された面の反対側の面に、第３電極部３５０が形成された段階の断面構成を示す。
【図１４】本実施形態に係る第１基板５１０に、アイソレーション部３４０が形成された段階の断面構成を示す。
【図１５】本実施形態に係る第１基板５１０と電子回路部２２０とが張り合わされた段階の断面構成を示す。
【図１６】本実施形態に係る第２基板５２０に、絶縁膜５３０と第１電極部３１０が順に成膜された段階の断面構成を示す。
【図１７】本実施形態に係る第２基板５２０上の第１電極部３１０に、開口部３１２が形成された段階の断面構成を示す。
【図１８】本実施形態に係る第２基板５２０上の第１電極部３１０に、障壁部３３０が形成された段階の断面構成を示す。
【図１９】本実施形態に係る第１基板５１０および第２基板５２０が張り合わされた段階の断面構成を示す。
【図２０】本実施形態に係る第２基板５２０、絶縁膜５３０、およびレジスト４００を除去した段階の断面構成を示す。
【図２１】本実施形態に係る電子ビーム発生装置２００が形成された段階の断面構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０００の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。電子ビーム露光装置１０００は、複数の電子ビームを照射する電子ビーム照射装置１００を有し、当該電子ビーム照射装置１００を用いて半導体ウェハ１０等に微細パターンを描画する。
【００１０】
ここで半導体ウェハ１０は、シリコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、ガリウム燐、またはインジウム燐等の半導体材料の結晶を加工して形成された板状の基板でよい。電子ビーム露光装置１０００は、電子ビーム照射装置１００と、ステージ部１１０と、記憶部１２０と、制御部１３０と、通信部１４０と、計算機部１５０とを備える。
【００１１】
電子ビーム照射装置１００は、複数の電子ビームを照射する電子カラムである。電子ビーム照射装置１００は、半導体ウェハ１０の表面に複数の電子ビームを照射して予め定められた描画パターンを描画する。電子ビーム照射装置１００の詳細は後に説明する。
【００１２】
ステージ部１１０は、電子ビームを照射する対象物を載置する。図中において、当該対象物を半導体ウェハ１０とした例を示す。ステージ部１１０は、載置した半導体ウェハ１０を水平方向に移動させ、電子ビーム照射装置１００によって半導体ウェハ１０の一方の面に予め定められた微細パターンを予め定められた位置に描画させる。
【００１３】
ステージ部１１０は、例えば、ステージの水平平面を移動するＸＹステージを有する。また、ステージ部１１０は、予め定められた回転軸を中心として回転移動するθステージを有してよい。また、ステージ部１１０は、ステージの水平位置を調整するチルトステージを更に有してよい。また、ステージ部１１０は、半導体ウェハ１０を垂直方向に移動させ、半導体ウェハ１０および電子ビーム照射装置１００の間の距離を調節するＺステージを更に有してよい。
【００１４】
記憶部１２０は、電子ビーム照射装置１００が描画する描画パターン情報を記憶する。ここで、描画パターン情報は、半導体ウェハ１０の一方の面上の位置情報、および電子ビームを照射するか否かの情報等でよい。記憶部１２０は、予め定められた描画パターン情報を予め記憶してよい。
【００１５】
制御部１３０は、電子ビーム照射装置１００および記憶部１２０にそれぞれ接続され、記憶部１２０に記憶された描画パターン情報に応じて、電子ビーム照射装置１００に複数の電子ビームを出力させる制御信号を送信する。また、制御部１３０は、ステージ部１１０にそれぞれ接続され、記憶部１２０に記憶された描画パターン情報に応じて、ステージ部１１０を移動させる制御信号を送信してよい。また、制御部１３０は、通信部１４０を介して受け取った指示信号に応じて、電子ビーム照射装置１００および／またはステージ部１１０に制御信号を送信してよい。
【００１６】
通信部１４０は、制御部１３０と計算機部１５０とを接続する。通信部１４０は、汎用または専用のインターフェイスを有して、制御部１３０と計算機部１５０とを接続して通信させてよい。通信部１４０は、Ethernet（登録商標）、ＵＳＢ、Serial RapidIO等の汎用の高速シリアルインターフェースまたはパラレルインターフェースを用いてよい。また、通信部１４０は、無線で制御部１３０と計算機部１５０とを接続してよい。
【００１７】
計算機部１５０は、制御部１３０に電子ビーム照射装置１００および／またはステージ部１１０を動作させる指示信号を送信する。計算機部１５０は、電子ビーム露光装置１０００を動作させる動作プログラムを実行して、当該動作プログラムに応じて指示信号を送信してよい。また、計算機部１５０は、ユーザの指示を入力させる入力デバイスを有し、ユーザの指示に応じて指示信号を送信してよい。計算機部１５０は、パーソナルコンピュータまたはサーバマシンでよい。
【００１８】
図２は、本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００の構成例を半導体ウェハ１０と共に示す。図２は、電子ビーム照射装置１００の縦断面の構成例を示す。電子ビーム照射装置１００は、電子ビーム発生装置２００と、加速電極２３０と、電子レンズ２４０とを備える。
【００１９】
電子ビーム発生装置２００は、制御信号に応じて、複数の電子ビームを発生させる。電子ビーム発生装置２００は、一例として、面電子ビーム源である。電子ビーム発生装置２００は、基板２１０と、電子回路部２２０とを有する。
【００２０】
基板２１０は、複数の凹部が設けられる。当該複数の凹部は、基板２１０の一方の面にマトリクス状に形成されてよい。基板２１０は、当該凹部に複数の電子ビーム発生源２１２が形成される。電子ビーム発生源２１２の詳細は後に説明する。基板２１０は、シリコン等の半導体結晶でよい。
【００２１】
電子回路部２２０は、基板２１０の他方の面に形成され、複数の電子ビーム発生源２１２から電子ビームを出力させる。電子回路部２２０は、複数の電子ビーム発生源２１２のそれぞれを駆動する駆動電圧を供給する回路が形成される。電子回路部２２０は、制御部１３０から制御信号を受け取り、描画パターン情報に応じて、複数の電子ビーム発生源２１２から電子ビームを出力させる。
【００２２】
電子回路部２２０の一方の面は、基板２１０と張り合わされる。電子回路部２２０は、シリコン等の半導体基板で形成されてよい。電子回路部２２０は、電子ビーム発生装置２００が駆動して温度が上昇しても基板２１０または電子回路部２２０に撓みまたは剥がれ等が生じない程度に、基板２１０の熱膨張係数とほぼ同じか、同程度の熱膨張係数を有する材料で形成されてよい。
【００２３】
加速電極２３０は、電子ビーム発生装置２００の電子ビームを出力する側に備わり、電子ビーム発生装置２００の電子ビームを出力させる電極よりも高い電圧が印加され、当該電子ビームを加速する。加速電極２３０は、複数の電子ビーム発生源２１２にそれぞれ対応する複数の貫通孔が形成され、複数の電子ビームをそれぞれ通過させる。加速電極２３０は、複数の貫通孔をマトリクス状に配列してよい。加速電極２３０は、一定の電圧が印加され、一例として、略０Ｖが印加される。
【００２４】
電子レンズ２４０は、電子ビーム発生装置２００から出力される複数の電子ビームによる描画パターンを予め定められた倍率にして対象物である半導体ウェハ１０に照射する。例えば、電子レンズ２４０は、複数の電子ビームが描画する描画パターンを１／１００以下に縮小する。電子レンズ２４０は、コイル部２４２と、レンズ部２４４と、減速部２４６とを有する。
【００２５】
コイル部２４２は、複数の電子ビームのＸＹ方向の偏向を制御する。即ち、コイル部２４２は、半導体ウェハ１０の電子ビームが照射される表面における当該電子ビームのビーム形状を制御する。コイル部２４２は、電子ビーム照射装置１００のＸ軸またはＹ軸と、半導体ウェハ１０の表面上のＸ軸またはＹ軸との対応を補正するローテーションコイルでよい。また、コイル部２４２は、半導体ウェハ１０の表面上のビーム径のＸおよびＹ方向の振幅を補正してもよい。
【００２６】
レンズ部２４４は、半導体ウェハ１０の表面上に複数の電子ビームを結像させる。レンズ部２４４は、テレセントリックレンズ系を構成してよく、電子ビーム発生装置２００の対物レンズとして機能する。
【００２７】
減速部２４６は、減速電圧が印加され、当該減速電圧に応じた減速電界を複数の電子ビームに印加する。減速部２４６は、複数の電子ビームを減速させて、予め定められたエネルギーの電子ビームを対象物である半導体ウェハ１０に照射する。減速部２４６は、半導体ウェハ１０への入射電圧を、加速電極２３０の加速電圧と当該減速電圧との差分とする。
【００２８】
以上の本実施形態に係る電子ビーム照射装置１００は、面電子ビーム源等の複数の電子ビームを発生させる電子ビーム発生装置２００を有し、１つの電子カラムから複数の電子ビームを試料に照射してスループットを向上させる。従来、このような複数の電子ビームを発生させる電子ビーム源を製造することは困難であったが、本実施形態に係る電子ビーム発生装置２００は、半導体製造プロセス等の製造工程により、簡便に製造することができる。
【００２９】
図３は、本実施形態に係る電子ビーム発生装置２００の構成例を示す。電子ビーム発生装置２００は、複数の電子放出部を有し、複数の電子放出部のそれぞれから放出される電子を加速して集束させ、複数の電子ビームとして出力する。電子ビーム発生装置２００は、図２で説明したように、基板２１０と、電子回路部２２０とを有する。また、電子ビーム発生装置２００は、各部に駆動電圧を供給する電圧供給部２０２を有してよい。また、電子ビーム発生装置２００は、第１電極部３１０が障壁部３３０を介して接続される。
【００３０】
電圧供給部２０２は、定電圧発生回路および／または定電流発生回路と、複数の電極部２０４とを含み、それぞれの電極部２０４に接続される接続先にそれぞれ駆動電圧を供給する。複数の電極部２０４は、ワイヤボンディング等で複数の接続先にそれぞれ接続されてよい。電圧供給部２０２は、電子回路部２２０の基板２１０側とは反対側の面に設けられる。
【００３１】
ここで、本実施例で説明する電極部は、ニッケル、金、クロム、チタン、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ロジウム、白金、銅、ルテニウム、インジウム、イリジウム、オスミウム、および／またはモリブデンを含んでよい。また、当該電極部は、これらの材料を含む２以上の材料の合金であってよい。
【００３２】
基板２１０は、複数の凹部２１４と、アイソレーション部３４０と、第３電極部３５０とが設けられる。複数の凹部２１４は、それぞれが凹面を有する。また、複数の凹部２１４のそれぞれは、球面状または放物面状に形成されてよい。
【００３３】
複数の凹部２１４のそれぞれは、一例として、等方性エッチングにより形成され、電子ビームを発生させる電子ビーム発生源２１２が形成される。例えば、複数の凹部２１４は、ウェットエッチングにより形成される。電子ビーム発生源２１２は、ポリシリコン層２１６と、第１絶縁膜２１５と、第２絶縁膜２１８と、電子放出部３００と、第１電極部３１０と、第２電極部３２０と、障壁部３３０とを含む。
【００３４】
ポリシリコン層２１６は、基板２１０の複数の凹部２１４が形成された面に形成される。ポリシリコン層２１６のうち、凹部２１４に形成された少なくとも一部は、陽極活性され、ナノ結晶化された電子放出部３００となる。
【００３５】
第１絶縁膜２１５および第２絶縁膜２１８は、基板２１０のポリシリコン層２１６が形成された面に形成される。第１絶縁膜２１５および第２絶縁膜２１８は、隣り合う電子ビーム発生源２１２のポリシリコン層２１６を電気的に絶縁して、当該ポリシリコン層２１６を介してリーク電流が発生することを防止する。第１絶縁膜２１５は、一例として、熱酸化によって形成されるＳｉＯ２膜等であり、また、第２絶縁膜２１８は、ＣＶＤ法等によって成膜されるＳｉＮ膜である。
【００３６】
電子放出部３００は、複数の凹部２１４のそれぞれに設けられ、電子を放出する。複数の凹部、即ち複数の電子放出部３００は、基板２１０の一方の面にマトリクス状に配列され、駆動電圧に応じて電子をそれぞれ放出する。また、複数の電子放出部３００のそれぞれは、ナノ結晶を有する。例えば、電子放出部３００は、ナノ結晶シリコンで形成される。ナノ結晶シリコンは、電子トンネル障壁として機能する表面酸化膜を形成し、当該ナノ結晶シリコンが複数並ぶことにより、電子トンネル障壁を接続した列が形成される。
【００３７】
このような電子トンネル障壁の列は、当該障壁に電圧を印加することで、当該障壁を通過させる電子を、例えば数個の単位といった極微量な単位で制御することができる。したがって、電子放出部３００は、ナノ結晶を有することで、電子の放出量を精密に、かつ、再現性よく制御することができる。
【００３８】
また、電子放出部３００は、このようなナノ結晶シリコンが複数並ぶナノワイヤで形成される場合、電子を出力する面に対して当該ナノワイヤが垂直に形成されずに、結晶方位に依存して出力面の法線に対して傾くことがある。この場合、電子放出部３００は、出力面の法線方向とは異なる方向に電子を出力させることがある。この場合、電子放出部３００は、出力面の法線に対して異なる方向のトンネル確率の分布と、当該方向にナノワイヤが電子を放出する分布との掛け算で、電子放出量が定まる。
【００３９】
電子放出部３００は、凹面形状の凹部２１４を有することで、当該凹面形状を平坦な形状にした場合の電子放出量に比べてより多くの電子を有効な電子ビームとして外部に出力させることができる。例えば、電子放出部３００は、電子を放出する分布がより高い方向および／またはトンネル確率の分布がより高い方向を、電子ビームを出力する方向に向けて形成することで、平坦な形状にした場合の電子放出量に比べてより多くの電子を電子ビームとして出力させることができる。一例として、凹部２１４の形状は、複数の電子放出部３００の電子を放出する方向と、当該方向の電子のトンネル確率との乗算がより大きくなる方向を、対応する第１電極部３１０の開口部に向ける。
【００４０】
また、複数の電子放出部３００のそれぞれは、ナノ結晶に代えて、放出する電子をトンネリングさせる絶縁膜を有してよい。このような絶縁膜は、放出する電子の量をトンネルする確率によって調整することができるので、当該絶縁膜の材質、膜厚および絶縁膜に印加する電圧によって、電子の放出量を制御することができる。
【００４１】
第１電極部３１０は、複数の電子放出部３００のそれぞれに対応して設けられ、対応する電子放出部３００が放出した電子を加速して電子放出部３００に設けられた凹部２１４から電子ビームとして出力する。複数の第１電極部３１０のそれぞれは、開口部３１２を有し、基板２１０の複数の凹部２１４が設けられる一方の面に板状に形成され、対応する凹部２１４との電位差によって開口部３１２から電子ビームを集束させて出力させる。開口部３１２は、第１電極部３１０および／または電子放出部３００の中心近辺に形成される。開口部３１２は、円形の貫通孔でよい。
【００４２】
図中において、第１電極部３１０ａは、電子放出部３００ａに対応して設けられ、電子放出部３００ａが放出する電子を加速して開口部３１２ａから電子ビームとして出力させる例を示す。同様に、第１電極部３１０ｂは、電子放出部３００ｂに対応して設けられ、電子放出部３００ｂが放出する電子を加速する。ここで、複数の第１電極部３１０（図中の例では第１電極部３１０ａおよび第１電極部３１０ｂ）は、電気的に接続され、予め定められた定電圧が印加される。
【００４３】
第１電極部３１０は、基板２１０の外部に備わる電極等と電気的に接続され、駆動電圧が印加される接続部を有してよい。当該接続部は、第１電極部の一部にメッキ等で導電性物質が更に形成された電極部でよい。接続部は、ワイヤボンディング等によって外部の電極と接続されてよい。
【００４４】
第２電極部３２０は、複数の凹部２１４のそれぞれに設けられ、当該凹部２１４を覆う導電性物質で形成される。第２電極部３２０は、電子放出部３００から放出された電子を、第１電極部３１０との電位差によって開口部３１２から電子ビームとして出力させる。ここで、第２電極部３２０は、電子放出部３００から放出される電子を通過させる程度に薄く形成される。複数の凹部２１４に設けられる複数の第２電極部３２０は、電気的に接続され、予め定められた定電圧が印加される。
【００４５】
ここで、第１電極部３１０および第２電極部３２０は、これら電極間の電位差が数十から数百Ｖとなる駆動電圧がそれぞれ印加されてよい。好ましくは、第１電極部３１０および第２電極部３２０は、電位差が百数十Ｖとなる駆動電圧がそれぞれ印加される。一例として、第１電極部３１０および第２電極部３２０は、電位差が１５０Ｖとなる駆動電圧がそれぞれ印加される。第２電極部３２０は、接続部３２２を含む。
【００４６】
接続部３２２は、第２電極部３２０のうち厚さがより厚く形成される電極部であって、基板２１０の外部に備わる電極等と電気的に接続され、駆動電圧が印加される。接続部３２２は、第２電極部の一部にメッキ等で導電性物質が更に形成された電極部でよい。接続部３２２は、ワイヤボンディング等によって外部の電極と接続されてよい。
【００４７】
障壁部３３０は、複数の第１電極部３１０および基板２１０の間において複数の凹部２１４に対応する位置に設けられ、絶縁材料で形成される。障壁部３３０は、基板２１０と第１電極部３１０との間を予め定められた距離を離間させ、第１電極部３１０を支持しつつ、第１電極部３１０と第２電極部３２０とを電気的に絶縁する。障壁部３３０は、樹脂等で形成されてよく、これに代えて、ＣＶＤ法等によって成膜される酸化シリコン膜でよい。
【００４８】
以上の電子ビーム発生源２１２は、電子放出部３００が放出する電子に、第１電極部３１０と第２電極部３２０にそれぞれ印加される駆動電圧によって生じる電界を印加することによって開口部３１２から電子ビームを発生させる。ここで、電子ビーム発生源２１２は、凹部２１４が凹面状、球面状、または放物面状に形成されることで、電子放出部３００の電子を放出する面もまた凹面状、球面状、または放物面状に形成される。
【００４９】
これによって、電子ビーム発生源２１２は、電子放出部３００が電子を放出する方向を開口部３１２の方向に合わせて、当該開口部３１２に集束させやすくすることができる。即ち、電子ビーム発生源２１２は、開口部３１２に集束させる電子の数を増加させることができ、発生する電子ビームの密度を高めることができる。
【００５０】
電子ビーム発生源２１２は、発生させた電子ビームを後段の電子レンズ２４０によって半導体ウェハ１０に照射させる。ここで、電子レンズ２４０は、光学レンズ等と同様に電子ビームの結像にボケやゆがみ等を生じさせる収差を有する場合がある。例えば、電子レンズ２４０は、結像させる電子ビームに対して、ビームの中央近傍を走行する電子に比べてビームの外側近傍を走行する電子の焦点位置を短くさせる場合がある。
【００５１】
そこで、電子ビーム発生源２１２は、電子放出部３００の電子を放出する面を凹面状、球面状、または放物面状に形成させて電子ビームの密度を高めつつ、当該収差を補正してよい。ここで、電子ビーム発生源２１２が凹部２１４を平坦にした場合、電子放出部３００の電子の放出面の法線方向が開口部３１２近傍にある領域から出力される電子は、電子ビームの中央に集束されやすい。
【００５２】
そこで電子放出部３００は、電子の放出面を開口部３１２に向けつつ、当該領域である放出面の中央近傍の領域と開口部３１２との間の距離よりも、放出面の縁側近傍の領域と開口部３１２との間の距離を、より短くする面を形成する。即ち、電子ビームの外側に集束されやすい電子がより速く開口部３１２に到達するように放出面を形成することで、当該電子の焦点距離を長くさせる。これは、凹部２１４が、電子放出部３００の放出面の中心点により近い部分から放出される電子の層流を、当該中心点により近い位置に集中させて負の収差を発生させることに相当する。
【００５３】
これによって、電子ビーム発生源２１２は、発生させる電子ビームの中央近傍（例えば、図３におけるＡ−Ａ'、Ｂ−Ｂ'で示した凹部２１４の略中央を通る垂線近傍）を走行する電子に比べて、電子ビームの外側近傍を走行する電子の焦点距離を長くすることができる。例えば、電子ビーム発生源２１２は、電子ビームの光軸の中心から離れるに応じて電子ビームの焦点距離を長くして、電子ビームの照射方向に対する垂直方向の断面において、同心円状に焦点距離の分布を持たせる。このように、電子ビーム発生源２１２は、電子レンズ２４０の収差に対応させた放出面を形成することで、電子レンズ２４０の収差を補正することができる。
【００５４】
また、電子放出部３００の放出面の縁側近傍の領域は、中央近傍の領域に比べて電子ビーム発生源２１２の外部に近いので、外部電界の影響を受けやすい。即ち、放出面の縁側近傍の領域から出力される電子は、放出面の法線から傾いた方向に出力されやすく焦点距離が長くなりやすい。このように、電子ビーム発生源２１２は、外部電界に依存して出力させる電子ビームに焦点距離の分布を形成させるので、このような分布に応じて、電子放出部３００の放出面の形状を調整して半導体ウェハ１０に結像する電子ビームの収差を補正してよい。
【００５５】
ここで、第２電極部３２０は、凹部２１４を覆う電極を形成し、当該凹部２１４を同電位に保つ。これによって、第２電極部３２０は、電子放出部３００から安定な速度分布の電子を放出させて開口部３１２近傍に集束させつつ、上記の外部電界の影響を低減させることができる。
【００５６】
アイソレーション部３４０は、絶縁物質が充填されて形成される。アイソレーション部３４０は、複数の電子ビーム発生源２１２のそれぞれの周囲を囲むように形成され、電子ビーム発生源２１２間を電気的に分離する。アイソレーション部３４０は、一例として、基板２１０の複数の凹部２１４が形成される面とは反対側の面において、複数の電子放出部３００に対応する複数のリング状または格子状に形成された溝に樹脂等の絶縁材料を充填させて形成される。
【００５７】
第３電極部３５０は、基板２１０の複数の凹部２１４が形成される上面とは反対側の下面に、複数の電子放出部３００のそれぞれに対応して形成される。第３電極部３５０は、複数の電子放出部３００から電子をそれぞれ放出させる駆動電圧がそれぞれ印加される。第３電極部３５０は、基板２１０の下面に形成される導電膜３５２を有してよい。第３電極部３５０は、電子回路部２２０と電気的に接続される。
【００５８】
電子回路部２２０は、基板２１０の他方の面に形成され、複数の電子放出部３００から電子を放出させる駆動電圧を、複数の電子放出部３００のそれぞれに対して個別に供給する。電子回路部２２０は、半導体基板に形成され、当該半導体基板の一方の面は、基板２１０と張り合わされてよい。
【００５９】
ここで電子回路部２２０は、基板２１０に形成される第３電極部３５０に対応する複数の電極部２２２を有し、当該電極部２２２が対応する第３電極部３５０と電気的に接続されつつ基板２１０と張り合わされ、当該電極部２２２を介して駆動電圧を供給する。電極部２２２は、例えば、１００μｍピッチ程度で基板２１０に形成される第３電極部３５０に対応させるべく、当該第３電極部３５０と同程度のピッチで形成される。
【００６０】
電子回路部２２０は、外部に備わる電極等と電気的に接続され、駆動電圧および電源電圧等が印加される複数の接続部２２４を有してよい。当該接続部２２４は、ワイヤボンディング等によって外部の電極と接続されてよい。
【００６１】
電子回路部２２０は、複数の電子放出部３００のそれぞれの配置に応じて、異なるオフセットバイアスを更に印加してよい。複数の電子放出部３００は、それぞれ個別に駆動電圧を印加されて電子をそれぞれ放出し、対応する複数の電子ビーム発生源２１２は、複数の電子ビームを発生させる。複数の電子ビーム発生源２１２は、発生させた複数の電子ビームを後段の電子レンズ２４０によって結像させて、半導体ウェハ１０に描画パターンを照射させる。
【００６２】
ここで、電子レンズ２４０等の光学系は、レンズの中央近傍を通る電子ビームと、レンズの外縁近傍を通る電子ビームとで僅かに焦点位置に差を与え、複数の電子ビームによる描画像にボケやゆがみ等を生じさせる場合がある。例えば、電子レンズ２４０は、レンズの外縁近傍を通る電子ビームに対して、レンズの中央近傍を通る電子ビームに比べて焦点位置を短くさせる場合がある。
【００６３】
そこで、電子回路部２２０は、電子レンズ２４０の中央近傍を通る電子ビームを発生させる電子ビーム発生源２１２に比べて、電子レンズ２４０の外縁近傍を通る電子ビームを発生させる電子ビーム発生源２１２に対して、高いオフセット電圧を供給する。これによって、電子回路部２２０は、電子レンズ２４０の外縁近傍を通る電子ビームの出力速度を増加させて焦点距離を長くして発生させ、電子レンズ２４０によって短くなる焦点位置と相殺させて補正することができる。
【００６４】
ここで、複数の電子放出部３００は、それぞれの配置に応じて複数のブロックに分配され、電子回路部２２０は、当該ブロック毎にオフセットバイアスを印加してよい。例えば、複数の電子放出部３００のうち、基板２１０の一方の面上において中央近辺に配置され、電子レンズ２４０の中央近傍を通る電子ビームとなる電子を放出する複数の電子放出部３００は、同一のブロックに分配される。また、その他の電子放出部３００は、中央のブロックを中心に、略同心円状に１以上のブロックに分配されてよい。
【００６５】
このように、複数の電子放出部３００は、電子レンズ２４０の中央近傍を通る電子ビームを出力させる電子放出部３００を中心ブロックとして、電子レンズ２４０の外縁方向に同心円状に１以上に分割された環状領域に対応する電子放出部３００を、他のブロックとして分配される。電子回路部２２０は、当該ブロック毎に異なるオフセットバイアスを印加することで、電子レンズ２４０の中央近傍を通る電子ビームを中心に、同心円状に分割された領域毎に電子ビームの焦点位置を調節することができ、効率的に描画パターンの結像を補正することができる。
【００６６】
電子回路部２２０は、第１電極部３１０および第２電極部３２０に、数十ｋＶの負電圧を印加する。一例として、電子回路部２２０は、同心円の中央に分配された電子放出部３００に対応する第２電極部３２０に−２０ｋＶを、対応する第１電極部３１０に−２０ｋＶ＋１５０Ｖを印加する。
【００６７】
この場合、電子ビーム発生源２１２は、１５０Ｖの電位差によって生じる電界を電子放出部３００から放出する電子に印加して電子ビームを発生させ、発生した電子ビームを加速電極２３０との略２０ｋＶの電位差で加速させる。また、電子回路部２２０は、中央のブロックから外縁に向けてｎブロック異なる毎に、対応する第２電極部に−２０ｋＶ＋ｎＶを、対応する第１電極部に−２０ｋＶ＋１５０Ｖ＋ｎＶを印加する。このように、電子回路部２２０は、ブロックが異なる毎に駆動電圧を１Ｖ程度変化させて、電子ビームの加速電界をブロック毎に微調整してよい。
【００６８】
以上の本実施例に係る電子ビーム発生装置２００は、複数の電子ビーム発生源２１２を有し、当該複数の電子ビーム発生源２１２をそれぞれ個別に駆動して複数の電子ビームを出力させることができる。これによって、電子ビーム発生装置２００を備える電子ビーム照射装置１００は、複数の電子ビームによって予め定められた描画パターンを対象物に照射することができる。
【００６９】
ここで、電子ビーム発生源２１２は、半導体基板に等方性エッチング等の簡便な方法で形成された複数の凹部２１４にそれぞれ形成される。したがって、複数の電子ビーム発生源２１２は、半導体製造プロセス等によって基板２１０に形成することができる。即ち例えば、電子ビーム発生源２１２は、基板２１０の１ｃｍ×１ｃｍの面積に、１００×１００個のマトリクス状に配列されて形成される。このように、電子ビーム発生源２１２は、１００μｍ程度のピッチのマトリクス状に形成することで、電子レンズ２４０によって１μｍ以下程度のピッチの描画パターンを対象物に照射することができる。
【００７０】
また、電子ビーム発生装置２００に備わる電子ビーム発生源２１２は、複数の凹部２１４と、複数の凹部２１４に対応する位置に別プロセスで形成させた障壁部３３０とを有する。これによって、電子ビーム発生装置２００は、凹面状、球面状、または放物面状といった予め定められた形状の底部を有する円柱状の穴等を精密に形成すること無しに、複数の電子ビーム発生源２１２を簡便に形成することができる。このように、電子ビーム発生装置２００は、小面積、かつ、高密度に形成させた複数の電子ビーム発生源２１２を備えることができる。したがって、電子ビーム照射装置１００は、装置の大きさを小型にしつつ、１００００程度の電子ビームを照射することができる。
【００７１】
以上の本実施例において、電子ビーム発生装置２００および電子ビーム照射装置１００は、電子ビーム露光装置１０００に用いられる例を説明した。これに代えて、電子ビーム発生装置２００および電子ビーム照射装置１００は、電子ビームを用いる装置に備わってよく、電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザ、ブラウン管、送信管、撮像管、真空管、加工装置、加熱装置、または滅菌装置等に用いられてもよい。
【００７２】
図４は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０００の変形例を半導体ウェハ１０と共に示す。本変形例の電子ビーム露光装置１０００において、図１に示された本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。電子ビーム露光装置１０００は、複数の電子ビームを照射する電子ビーム照射装置１００を複数有し、複数の電子ビームを照射して、描画パターン情報に応じた描画パターンを対象物である半導体ウェハ１０に描画する。
【００７３】
電子ビーム照射装置１００は、電子ビーム露光装置１０００に２以上備わる。図中において、電子ビーム照射装置１００は、水平方向の断面積が半導体ウェハ１０の表面積よりも小さく形成され、電子ビーム露光装置１０００に複数備わる例を示す。複数の電子ビーム照射装置１００は、半導体ウェハ１０の表面にそれぞれ複数の電子ビームを照射して予め定められた描画パターンを描画する。複数の電子ビーム照射装置１００は、それぞれの描画を並行して実行してよい。電子ビーム照射装置１００の詳細は既に図２で説明した。
【００７４】
ステージ部１１０は、載置した半導体ウェハ１０を水平方向に移動させ、複数の電子ビーム照射装置１００によって半導体ウェハ１０の一方の面に予め定められた微細パターンを予め定められた位置に描画させる。記憶部１２０は、複数の電子ビーム照射装置１００が描画する描画パターン情報を記憶する。制御部１３０は、複数の電子ビーム照射装置１００にそれぞれ接続され、記憶部１２０に記憶された描画パターン情報に応じて、複数の電子ビーム照射装置のそれぞれに複数の電子ビームを出力させる制御信号を送信する。
【００７５】
このように、複数の電子ビーム発生源２１２が基板２１０に一体となって形成される電子ビーム発生装置２００を用いることで、電子ビーム照射装置１００を小型化することができ、電子ビーム露光装置１０００は、複数の電子ビーム照射装置１００を搭載することができる。２以上の電子ビーム照射装置１００を備える電子ビーム露光装置１０００は、半導体ウェハ１０に、２以上の描画パターンを並行して照射することができ、搭載する電子ビーム照射装置１００の数に応じてスループットを向上させることができる。
【００７６】
図５は、本実施形態に係る電子ビーム発生装置２００を形成する製造フローの一例を示す。また、図６から図２１は、本実施形態に係る電子ビーム発生装置２００が形成される過程における第１基板５１０および／または第２基板５２０の断面を示す。図５の製造フローを実行することにより、第１基板５１０は、本実施形態の基板２１０に加工され、第２基板５２０と張り合わされて電子ビーム発生装置２００が形成される。ここで、本実施例は、第１基板５１０をシリコン基板として説明する。
【００７７】
まず、第１基板５１０に複数の凹部２１４を形成する（Ｓ４００）。凹部２１４は、一例として、フォトリソグラフィを用いて形成される。図６は、本実施形態に係る第１基板５１０にレジスト４００が形成された段階の断面構成を示す。第１基板５１０は、形成する凹部２１４の形状に応じて、レジスト４００が形成される。レジスト４００は、感光性のレジストでよく、露光されることで溶解または固化して、フォトマスク等によって予め定められた領域のレジスト４００が除去される。
【００７８】
次に、第１基板５１０は、レジスト４００が除去された領域から等方性エッチングされる。例えば、第１基板５１０は、ウェットエッチングによって等方性エッチングされる。これに代えて、第１基板５１０は、ドライエッチング等で予め定められた形状にエッチングされてもよい。図７は、本実施形態に係るレジスト４００の開口部４０２から第１基板５１０がエッチングされた段階の断面構成を示す。
【００７９】
レジストの開口部４０２は、一例として、当該レジストが形成された面において円形の開口部４０２が形成され、第１基板５１０は、当該面において略円形にエッチングされる。また、第１基板５１０は、レジスト４００が除去された開口部４０２の開口形状、レジストの厚さ、およびレジスト材料に応じた形状にエッチングされて、例えば凹面形状を有する凹部２１４が形成される。
【００８０】
第１基板５１０は、凹部２１４が形成されるとレジスト４００が除去される。図８は、本実施形態に係る第１基板５１０に凹部２１４が形成された段階の断面構成を示す。図８は、凹部２１４が凹面形状を有する例を示す。ここで、レジスト４００の開口部４０２の開口形状、レジスト４００の厚さ、および材料を調節することで、凹部２１４の形状を球面状、または放物面状に形成することもできる。
【００８１】
次に、複数の凹部２１４に、電子を放出する複数の電子放出部３００を形成する（Ｓ４１０）。まず、第１基板５１０は、凹部２１４が形成された一方の面に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法等によって、ポリシリコン層２１６が成膜される。
【００８２】
ここで、ポリシリコン層２１６は、一例として、第１基板５１０の上面の予め定められた領域に第１絶縁膜２１５が形成された後に、成膜される。第１絶縁膜２１５は、一例として、レジストの形成とパターニング等によって予め定められた形状に形成される酸化シリコン膜である。図９は、本実施形態に係る第１基板５１０に、ポリシリコン層２１６が形成された段階の断面構成を示す。
【００８３】
次に、第１基板５１０は、ポリシリコン層２１６をエッチングして、形成すべき複数の電子ビーム発生源２１２に対応する形状に当該ポリシリコン層２１６が分離される。一例として、ポリシリコン層２１６は、第１基板５１０の上面においてマトリクス状に分離される。この場合、一例として、ポリシリコン層２１６は、凹部２１４を覆うレジストが形成され、ＳＦ２およびＯ２等を用いたドライエッチングによって分離され、第１絶縁膜２１５はポリシリコン層２１６のエッチングストップ層として機能する。
【００８４】
次に、第１基板５１０は、ポリシリコン層２１６が形成された面において、第１絶縁膜２１５上に第２絶縁膜２１８が形成される。一例として、第２絶縁膜２１８は、ＣＶＤ法等によって成膜されるＳｉＮ膜でよい。第１絶縁膜２１５および第２絶縁膜２１８によって、凹部２１４にそれぞれ形成されたポリシリコン層２１６は、隣のポリシリコン層２１６に対して電気的に絶縁される。
【００８５】
例えば、第１基板５１０は、第２絶縁膜２１８が成膜された後に、凹部２１４以外の領域を覆うレジストが形成される。一例として、レジストは、フィルムレジストをパターニングすることで形成されてよい。そして、凹部２１４に成膜された第２絶縁膜２１８は、反応性イオンエッチング等のドライエッチングで除去される。当該第２絶縁膜２１８が除去された後に、レジストは除去される。
【００８６】
図１０は、本実施形態に係る第１基板５１０のポリシリコン層２１６が形成された面に、第１絶縁膜２１５および第２絶縁膜２１８が形成された段階の断面構成を示す。以上のような過程を経て、第１基板５１０は、複数の凹部２１４が形成された一方の面を第２絶縁膜２１８で覆い、複数の凹部２１４に形成されたポリシリコン層２１６を露出させる。
【００８７】
次に、露出されたポリシリコン層２１６は、フッ化水素（ＨＦ）水溶液中において陽極活性される。そして、当該ポリシリコン層２１６は、ＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ−Ｔｈｅｒｍａｌ−Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）法による酸化工程、ＨＷＡ（Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｗａｔｅｒ  ｖａｐｏｒ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法によるアニール工程、およびＳＣＲＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｒｉｎｓｅ  ａｎｄ  Ｄｒｙ）法による乾燥工程を経て、欠陥の少ないナノ結晶シリコンが形成される。
【００８８】
このように、凹部２１４に対応して形成されたポリシリコン層２１６は、ナノ結晶シリコンを含む電子放出部３００に形成される。図１１は、本実施形態に係る凹部２１４に電子放出部３００が形成された段階の断面構成を示す。
【００８９】
次に、第２電極部３２０を形成する（Ｓ４２０）。第１基板５１０は、凹部２１４が形成された面に、第２電極部３２０および接続部３２２となる金属を成膜する。第２電極部３２０および接続部３２２は、一例として、蒸着等で成膜される。第２電極部３２０および接続部３２２は、チタン、クロム、または金等の金属を含んでよい。図１２は、本実施形態に係る第１基板５１０の電子放出部３００が形成された面に、第２電極部３２０が形成された段階の断面構成を示す。
【００９０】
次に、第３電極部３５０を形成する（Ｓ４３０）。第３電極部３５０は、第１基板５１０の凹部２１４が形成された面の反対側の面に、導電膜が成膜されて形成される。一例として、導電膜３５２が成膜された後に、フォトリソグラフィ等によって第３電極部３５０が形成される。ここで、成膜する材料は、チタン、クロム、または金等を含んでよく、蒸着等によって成膜されてよい。図１３は、本実施形態に係る第１基板５１０の第２電極部３２０が形成された面の反対側の面に、第３電極部３５０が形成された段階の断面構成を示す。
【００９１】
なお、このように、第１基板５１０の凹部２１４が形成された面の反対側の面を加工する場合、一例として、第１基板５１０の凹部２１４が形成された面は、ガラスまたはシリコン等で形成される保持用基板がレジストまたは接着層等によって一時的に接着固定される。保持用基板は、作業者に第１基板５１０をハンドリングし易くさせる板状の基板でよく、加工が終了した段階で分離される。
【００９２】
次に、アイソレーション部３４０を形成する（Ｓ４４０）。アイソレーション部３４０は、第１基板５１０における凹部２１４とは反対側の面から複数の電子放出部３００の間を切削して絶縁物を充填して形成される。アイソレーション部３４０は、当該反対側の面から、第１絶縁膜２１５に達するまでエッチングされ、複数の電子放出部３００を電気的にそれぞれ分離する。アイソレーション部３４０は、当該反対側の面において、略円形の溝状に形成されてよく、これに変えて、格子形状に形成されてもよい。
【００９３】
まず、第１基板５１０の当該反対の面に、レジストを形成してパターニングし、第３電極として残す領域を当該レジストで覆う。次に、第１基板５１０は、形成されたレジストの開口から反応性イオンエッチング等でエッチングされる。当該エッチングは、第１絶縁膜２１５をエッチングストップ層としてエッチングしてよい。
【００９４】
また、当該エッチングによって形成される溝部は、一例として、テーパーを有して形成される。即ち、当該溝部は、エッチングの深さが深くなるほど溝の幅が狭くなるように形成される。これによって、次のプロセスである絶縁物の充填において、空乏等の不良の発生を抑制することができる。レジストは、エッチングを実行した後に、除去される。
【００９５】
次に、エッチングによって形成される溝部は、絶縁物が充填され、アイソレーション部３４０が形成される。ここで、絶縁物は、ポリマー等でよい。一例として、アイソレーション部３４０は、第１基板５１０の第３電極が形成される面から見て、ＸＹ方向にそれぞれ略１００μｍピッチのリング状に形成され、電子放出部３００を電気的に絶縁する。図１４は、本実施形態に係る第１基板５１０に、アイソレーション部３４０が形成された段階の断面構成を示す。なお、この段階において、第１基板５１０は、本実施形態に係る基板２１０として形成されることになる。
【００９６】
次に、第１基板５１０は、第３電極が形成される面に電子回路部２２０が張り合わされる（Ｓ４５０）。ここで、第１基板５１０は、電子回路部２２０の電極部２２２と対応する第３電極部３５０とが電気的に接続されて張り合わされる。電極部２２２は、アルミニウム、クロム、金、またはインジウム等を含んでよく、一例として、アルミニウムの電極パッド上に、クロム、金、インジウムの順に蒸着されて形成される。
【００９７】
これによって、第３電極部３５０と電極部２２２とが物理的に接続されて、界面の層が金−インジウム−金となる。この状態で、インジウムの融点以上の温度を数分から数十分程度加熱することで、金およびインジウムは合金化し、第３電極部３５０および電極部２２２は接合する。一例として、当該加熱温度は、２００℃程度である。図１５は、本実施形態に係る第１基板５１０と電子回路部２２０とが張り合わされた段階の断面構成を示す。
【００９８】
次に、第２基板５２０上に複数の第１電極部３１０を形成する（Ｓ４６０）。なお、第２基板５２０は、第１基板５１０とは別個の基板を用いるので、第１基板５１０の加工と並行して加工されてよく、これに代えて、第１基板５１０の加工前に加工されてもよい。
【００９９】
第２基板５２０は、絶縁膜５３０と第１電極部３１０が順に成膜される。第１電極部３１０は、導電性を有する。一例として、第２基板５２０、絶縁膜５３０、および第１電極部３１０は、絶縁膜５３０を内部に有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板５００である。この場合、ＳＯＩ基板の表面層は、イオン等が注入されて導電性を有し、加工されて第１電極部３１０が形成される。図１６は、本実施形態に係る第２基板５２０に、絶縁膜５３０と第１電極部３１０が順に成膜された段階の断面構成を示す。
【０１００】
次に、第２基板５２０上の第１電極部３１０は、予め定められた電極形状にエッチングされる。即ち、第１電極部３１０は、この段階において、電子ビーム発生源２１２の引き出し電極形状に加工される。また、第１電極部３１０は、後に電子ビーム発生源２１２の電子ビーム射出部となる開口部３１２が形成される。
【０１０１】
第１電極部３１０は、一例として、レジストが形成されてパターニングされた後に、ドライエッチング等によってエッチングされる。この場合、絶縁膜５３０は、一例として、エッチングストップ層として機能する。図１７は、本実施形態に係る第２基板５２０上の第１電極部３１０に、開口部３１２が形成された段階の断面構成を示す。
【０１０２】
次に、第２基板５２０上に複数の障壁部３３０を形成する（Ｓ４７０）。複数の障壁部３３０のそれぞれは、第１基板５１０に形成された複数の凹部２１４にそれぞれ対応し、絶縁材料で形成される。即ち、障壁部３３０は、第２基板５２０上における複数の凹部２１４に対応する予め定められた位置に形成される。ここで、絶縁材料は、例えば、接着性を有するレジストを含む。また、絶縁材料は、樹脂、酸化シリコン、または窒化シリコン等を含んでもよい。
【０１０３】
障壁部３３０は、一例として、まず、第２基板５２０上の第１電極部３１０に形成された開口部３１２にレジスト４００が充填された後に形成される。例えば、障壁部３３０は、レジスト４００が充填された第２基板５２０上に、接着性を有するレジストをパターニングして形成される。ここで、障壁部３３０は、一例として、複数の開口部３１２のそれぞれを囲む格子状に形成される。図１８は、本実施形態に係る第２基板５２０上の第１電極部３１０に、障壁部３３０が形成された段階の断面構成を示す。
【０１０４】
次に、第１基板５１０の複数の凹部２１４側の面と、第２基板５２０の障壁部３３０側の面とを張り合わせる（Ｓ４８０）。第１基板５１０および第２基板５２０は、複数の障壁部３３０のそれぞれが、対応する凹部２１４を囲むように張り合わせられる。即ち、複数の電子放出部３００のそれぞれの略中心を通る垂線が、対応する開口部３１２の略中心を通るように張り合わせられる。第１基板５１０および第２基板５２０は、障壁部３３０が含む接着性を有するレジストと、第２絶縁膜２１８上の第２電極部３２０とが接着されて張り合わせられる。図１９は、本実施形態に係る第１基板５１０および第２基板５２０が張り合わされた段階の断面構成を示す。
【０１０５】
次に、第２基板５２０をエッチングする（Ｓ４９０）。ここで、第２基板５２０、絶縁膜５３０、および開口部３１２を充填したレジスト４００をエッチングして除去する。これらは、順にドライエッチングまたはアッシング等により除去してよい。図２０は、本実施形態に係る第２基板５２０、絶縁膜５３０、およびレジスト４００を除去した段階の断面構成を示す。
【０１０６】
次に、電極間を配線する。第１電極部３１０の接続部、第２電極部３２０の接続部３２２、および電子回路部２２０の接続部２２４は、電圧供給部２０２の電極部２０４にそれぞれ配線される。当該配線は、ワイヤボンディング等でよい。ワイヤボンディングで配線される場合、それぞれの接続部および電極部は、メッキ等でボンディングパッドが更に形成されてよい。以上の製造フローによって、電子ビーム発生装置２００を形成することができる。図２１は、本実施形態に係る電子ビーム発生装置２００が形成された段階の断面構成を示す。
【０１０７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１０８】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  半導体ウェハ、１００  電子ビーム照射装置、１１０  ステージ部、１２０  記憶部、１３０  制御部、１４０  通信部、１５０  計算機部、２００  電子ビーム発生装置、２０２  電圧供給部、２０４  電極部、２１０  基板、２１２  電子ビーム発生源、２１４  凹部、２１６  ポリシリコン層、２１５  第１絶縁膜、２１８  第２絶縁膜、２２０  電子回路部、２２２  電極部、２２４  接続部、２３０  加速電極、２４０  電子レンズ、２４２  コイル部、２４４  レンズ部、２４６  減速部、３００  電子放出部、３１０  第１電極部、３１２  開口部、３２０  第２電極部、３２２  接続部、３３０  障壁部、３４０  アイソレーション部、３５０  第３電極部、３５２  導電膜、４００  レジスト、４０２  開口部、５００  基板、５１０  第１基板、５２０  第２基板、５３０  絶縁膜、１０００  電子ビーム露光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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