DE69027702T2

DE69027702T2 - Elektronenstrahllithographiemaschine und Bildwiedergabeapparat

Info

Publication number: DE69027702T2
Application number: DE69027702T
Authority: DE
Inventors: Yuko Morikawa; Kiyoshi Takimoto; Yoshihiro Yanagisawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2010-03-30
Also published as: JP3044382B2; CA2013233A1; EP0394698B1; DE69027702D1; US5569974A; CA2013233C; EP0394698A2; JPH0355738A; EP0394698A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildwiedergabeapparatur der Art, die durch die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beschrieben wird und aus DE-A-303621 9 bekannt ist.

Stand der Technik

Die Figuren 6 und 7 stellen schematisch einen Aufbau dar, der gewöhnlich in MIM(Metall-Isolator-Metall)-Elektronenemissionsvorrichtungen angewandt wird.
Wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt, weist eine Elektronenemissionsvorrichtung vom MIM-Typ eine Elektrode 1 und eine Oberflächenelektrode 3, die dünn und darauf laminiert ist, auf, wobei dazwischen eine Isolationsschicht 2 liegt, die dünn ist. Die Elektrode auf der Seite, von der aus die Elektronen emittiert werden, wird nachfolgend insbesondere als Oberflächenelektrode bezeichnet. Dann wird eine Spannung V, die größer ist als die Austrittsarbeit φm eines Metalls, das in der Oberflächenelektrode 3 verwendet wird, wird zwischen die Elektrode 1 und die Oberflächenelektrode 3 angelegt. Im Ergebnis dessen werden von Elektronen, die die Isolierschicht 2 durchtunnelt haben, jene aus der Oberfläche der Oberflächenelektrode 3 emittiert, die eine größere Energie als das Vakuumniveau haben.
Um bei einer solchen Vorrichtung eine hohe Effizienz der Elektronenemission zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn die Isolierschicht 2 mit geringer Dicke ausgebildet wird, so daß die Energie der hindurchgetunnelten Elektronen und deren Anzahl erhöht werden kann, und daß weiter - wie in Fig. 7 gezeigt - die Oberflächenelektrode 3 mit einer so kleinen Dicke wie möglich gebildet wird, so daß ein Absinken der Energie infolge von Streuung o.ä. in der Oberflächenelektrode verhindert wird. Es ist weiter von Vorteil, wenn ein metallisches Material mit einer kleinen Austrittsarbeit φm in der Oberflächenelektrode 3 verwendet wird (JP-A-1 24327/1 988 und JP-A- 141234/1988).
In dem Fall jedoch, daß die Schichtdicke sehr klein ist, tendieren die üblicherweise verwendeten Metalle dazu, eine Inselstruktur anzunehmen, und es ist sehr schwierig, eine solche metallische Dünnschicht, wie sie oben erwähnt ist, auszubilden. Darüber hinaus gibt es, selbst wenn es möglich gewesen ist, eine metallische Dünnschicht als Oberflächenelektrode zu bilden, da der Widerstand größer ist, insbesondere einen hohen spezifischen Widerstand bei metallischen Materialien mit kleiner Austrittsarbeit, der Spannungsabfall in der Oberflächenelektrode 3 kann nicht ignoriert werden, und daher besteht die Gefahr, daß an die Elektronenemissionsvorrichtung kein gleichförmiges und effektives elektrisches Feld angelegt wird. Es besteht weiter die Möglichkeit, daß in der Oberflächenelektrode 3 ein Verlust an elektrischer Leistung auftritt, weil ein solches Abfallen der Spannung Brüche der Vorrichtung bewirkt. Daher gibt es für die Ausbildung der Oberflächenelektrode 3 mit kleiner Dicke eine Grenze, was ebenfalls eine Grenze für die Verbesserung der Elektronenemissionseffizienz mit sich bringt.
Die Elektronenemissionseffizienz kann bis zu einem gewissen Grade durch eine Verringerung der Dicke der Oberflächenelektrode verbessert werden, andererseits können aber neue Probleme auftreten, wie das, daß die Querschnittsgestalt eines von der Oberflächenelektrode 3 emittierten Elektronenstrahlbündels schlecht wird und auch die dem Elektronenstrahl zuzuschreibende Fluoreszenzleuchtdichte mit einer Dickenabnahme der Oberflächenelektrode 3 ungleichmäßig wird. Spezieller ergibt sich, wenn ein fluoreszierendes Teil bzw. Element, das im Ergebnis einer Bestrahlung mit Elektronenstrahlen Fluoreszenz zu zeigen vermag, direkt oberhalb der Oberflächenelektrode 3 angeordnet wird, im Zusammenhang mit einer Verringerung der Dicke der Oberflächenelektrode 3 - wie oben erörtert -, daß ein auf der Oberfläche des fluoreszierenden Elementes gebildeter Fluoreszenzfleck die Elektrodengestalt der Oberflächenelektrode 3 nicht widerspiegelt, sondern unnötig aufgespreizt ist. Weiterhin kann die Leuchtdichte des erwähnten Fluoreszenzflecks bzw. -punktes auch ungleichmäßig werden, was zu einer Ungleichmäßigkeit der Fluoreszenz führt. Darüber hinaus muß, wenn die Querschnittsgestalt des Elektronenstrahlbündels schlecht oder die Fluoreszenzleuchtdichte ungleichmäßig geworden ist (Leuchtdichte-Ungleichmäßigkeit) - wie oben erwähnt - das Problem auftreten, daß die Auflösung eines Bildes verringert wird, daß die Helligkeit verringert wird, und daß die Leuchtdichte-Ungleichmäßigkeit insbesondere auftritt, wenn eine solche MIM- Elektronenemissionsvorrichtung als Eleketronenquelle eine Abbildwiedergabevorrichtung oder eine Elektronenstrahl-Lithographieapparatur eingesetzt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bildwiedergabe- bzw. -anzeigevorrichtung mit verbesserter Bildqualität bereit zu stellen, die sich daraus ergibt, daß eine Elektronenstrahlemissionsvorrichtung eingesetzt wird, die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik insoweit überlegen ist, als die Elektronenemissionseffizienz gesteigert und die Querschnittsgestalt des Elektronenstrahlbündels verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In allen Zeichnungen sind entsprechende Teile oder Elemente mit den selben Ziffern bezeichnet.
Fig. 1 stellt schematisch einen Querschnitt einer Ausführungsform der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Die Fig. 2A und 2B stellen ein Muster (eine Elektrodengestalt) einer Oberflächenelektrode der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. eine Draufsicht der Elektronenemissionsvorrichtung dar.
Die Fig. 3A und 3B stellen ein Muster einer Oberflächenelektrode der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Die Fig. 4A und 4B stellen schematisch eine Bildwiedergabevorrichtung dar, bei der die Elektronenemissionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
Fig. 5 stellt schematisch eine Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung dar, die von der Elektronenemissionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung Gebrauch macht.
Die Fig. 6 und 7 stellen schematisch einen Aufbau dar, der üblicherweise bei herkömmlichen MIM-Elektronenemissionsvorrichtungen angewandt wird.

Genaue Beschreibung der beovrzugten Ausführungsformen

Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, ist die Elektronenemissionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung durch eine MIM-Elektronenemissionsvorrichtung gekennzeichnet, bei der eine Öffnung in der Oberflächenelektrode vorgesehen ist, so daß ihre Isolierschicht freigelegt ist.
Genauer gesagt, ist bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung unnötig, die Oberflächenelektrode mit einer besonders kleinen Dicke zu bilden, und es wird daher leicht, die Schicht der Oberflächenelektrode zu bilden. Es ist auch möglich, den Widerstand der Oberflächenelektrode auf einem niedrigen Niveau zu halten, und folglich kann der Spannungsabfall an der Oberflächenelektrode ignoriert werden, was es ermöglicht, eine die Vorrichtung wirksames elektrisches Feld anzulegen und gleichzeitig zu verhindern, daß die Vorrichtung infolge der Erzeugung von Wärme Brüche zeigt. Andererseits können die Elektronen, die die Isolierschicht durchtunnelt und die Öffnung der Oberflächenelektrode, d.h. die unbedeckte Fläche der Isolierschicht, erreicht haben, ohne Energieverlust infolge der Streuung in den Metallen aus der Vorrichtung emittiert werden. Die Öffnung der Oberflächenelektrode kann in großer Zahl vorgesehen sein, wodurch die Emissionsströme erhöht werden können. Es können auch in großer Anzahl kleine Öffnungen vorgesehen sein, wodurch es möglich wird, die Störungen des elektrischen Feldes in der Isolierschicht zu vernachlässigen, so daß an die Vorrichtung gleichmäßige und wirksame elektrische Felder angelegt werden können, was eine Verbesserung der Emissionseffizienz mit sich bringt.
Die Nachteile, daß die Querschnittsgestalt eines aus der Oberflächenelektrode 3 emittierten Elektronenstrahlbündels schlecht wird und weiter, daß die Fluoreszenzleuchtdichte, die auf den Elektronenstrahl zurückzuführen ist, ungleichmäßig wird - wie in dem Fall, daß die Oberflächenelektrode 3 mit geringer Dicke gebildet wird - wird nicht länger hervorgerufen, und daher kann die Elektrodenemissionseffizienz verbessert werden.
Betrachtet man das elektrische Feld in der Isolierschicht, so wird seine Gleichförmigkeit nur in der Umgebung des Randes der Öffnung der Oberflächenelektrode aufrecht erhalten, und sie wird in der Umgebung der Mitte der Öffnung am kleinsten, so daß die Menge der aus dem mittleren Gebiet emittierten Elektroden tendentiell kleiner wird. Daher kann die Größe der Öffnung bevorzugt so klein wie möglich sein, um die Gleichmäßigkeit bzw. Gleichförmigkeit der elektrischen Felder aufrecht zu erhalten, und der Rand der Öffnung kann bevorzugt in einer so großen Zahl vorliegen wie möglich. Die Größe (in Fig. 1 Breite W) der Öffnung, die der Abstand zwischen gegenüberliegenden Punkten des Randes ist, kann bevorzugt 100 µm oder kleiner und bevorzugt 10 µm oder kleiner sein. Die Öffnung kann weiter innerhalb des Bereiches der derzeit verfügbaren Bearbeitungsgenauigkeit so klein wie möglich gemacht werden. Je größer die Anzahl der Öffnungen innerhalb der Fläche einer Vorrichtung ist, desto größer wird die Menge der emittierten Elektronen. Daher sollte die Öffnung bevorzugt in einer so großen Anzahl wie möglich vorgesehen sein, so daß der Elektrodenwiderstand unter Anwendung beispielsweise eines Verfahrens, bei dem die Elektrode so gefertigt wird, daß sie eine große Dicke hat, niedrig gehalten wird. Aus diesem Grund kann der Anteil der Fläche der Öffnungen zur Fläche der Vorrichtung bevorzugt 50 % oder kleiner und noch bevorzugter 20 % oder kleiner sein.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung zur Illustration des Aufbaus einer MIM-Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Elektrode 1 und eine Oberflächenelektrode 3 in Paaren und eine zwischen diesen Elektroden gehaltene Isolierschicht 2 sind auf einem Substrat 5 vorgesehen. Weiterhin ist in der Oberflächenelektrode 3 eine Öffnung 4 angeordnet.
Hier wird ein Beispiel einer Elektronenemissionsvorrichtung beschrieben, die eine organische Isolierschicht als Isolierschicht 2 aufweist.
Für die Bildung der organischen Dünnschicht-lsolierschicht ist es möglich, eine Vakuumabscheidung, die Molekülstrahlepitaxie, eine elektrolytische Polimerisation o.ä. anzuwenden. Da jedoch die Länge, die Elektronen einer Potentialbarriere durchtunnein können, sehr klein ist, sollte die organische Isolierschicht eine ultradünne Schicht aufweisen, mit anderen Worten, sie sollte eine Schichtdicke im Bereich von einigen Å (1 Å = 10&supmin;¹&sup0; m) bis zu einigen hundert Å, bevorzugt von nicht mehr als 200 Å und noch bevorzugter von nicht mehr als 100 Å und nicht weniger als 5 Å haben. Außerdem beeinflußt es erheblich die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung und ihre Stabilität, ob die Schicht in zur Ebene parallelen Richtungen und in Gegenrichtung der isolierenden Dünnschicht homogen ist oder nicht. Daher muß hierauf Aufmerksamkeit verwandt werden.
Das geeignetste Verfahren zur Bildung der isolierenden Dünnschicht bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt das LB(Langmuir-Blodgett)-Verfahren ein.
Das LB-Verfahren ist ein Verfahren, durch das eine monomolekulare Schicht oder eine daraus aufgebaute Schicht unter Ausnützung des Mechanismus präpariert wird, daß, wenn in einer Struktur mit einem hydrophilen Teil und einem hydrophoben Teil im Molekül das Gleichgewicht zwischen beiden in etwa aufrecht erhalten wird, die Moleküle auf einer Wasseroberfläche eine monomolekulare Schicht mit den hydrophilen Gruppen nach unten bilden.
Bei diesem LB-Verfahren kann eine monomolekulare Schicht oder eine aus solchen aufgebaute Schicht einer organischen Verbindung, die im Molekül den hydrophoben Teil und den hydrophilen Teil hat, leicht auf einer Elektrode oder einem Substrat, das eine Elektrode enthält, gebildet werden. Die Schicht kann eine Schichtdicke in der Größenordnung der Moleküllänge haben, und es kann auch eine geichmäßige und homogene ultradünne organische Schicht über eine große Fläche gebildet werden.
Materialien für die Elektroden, zwischen denen eine solche LB-Schicht gehalten ist, können solche sein, die eine hohe Leitfähigkeit haben, einschließlich einer großen Anzahl von Materialien, wie beispielsweise Metalle wie Au, Pt, Ag, Pd, Al, In, Sn oder Pb oder Legierungen dieser, und auch Graphit oder ein Silicid, sowie leitfähige Oxide wie ITO (Indium-Zinn-Oxid), deren Anwendung bei der vorliegenden Erfindung beabsichtigt sein kann.
Als Verfahren zur Bildung der Elektroden unter Verwendung solcher Materialien können herkömmliche Dünnschichtverfahren befriedigend sein. Da jedoch hier insbesondere in Fällen, in denen die LB-Schicht keine Stabilität gegenüber thermischer Behandlung und Lösungsmittelbeständigkeit hat, Achtsamkeit angebracht ist, sollte ein Präparations- oder Bearbeitungsschritt, der beispielsweise eine hohe Temperatur (> 100 ºC) vorzugsweise vermieden werden, so daß die LB-Schicht nicht zerstört werden kann, wenn weiterhin auf einer bereits gebildeten LB-Schicht eine Elektrode gebildet wird.
Um Elektronen aus der Elektrode herauszuziehen, ohne die Öffnung vorzusehen, kann die Elektrode bevorzugt eine Dicke von 500 Å oder weniger haben, noch bevorzugter von 200 Å.
Andererseits kann bei der vorliegenden Erfindung das Substrat 5, das dünne Schichten trägt, auf denen die Elektroden 1 und 3 und die Isolierschicht 2 laminiert sind, aus Materialien sein, zu denen Metalle, Glas, Keramik und Kunststoffe gehören. Es kann auch eine beliebige Gestalt - bevorzugt die einer flachen Scheibe - haben, wobei die Gestalt nicht auf die der flachen Scheibe beschränkt ist.
Dies liegt daran, daß das oben beschriebene Schichtbildungsverfahren den Vorteil hat, daß eine Schicht mit einer Form gebildet werden kann, die exakt mit der Oberfläche des Substrates korrespondieren kann, welche Gestalt diese Oberfläche auch habe.
Im Hinblick auf die Vorteile, die der Elektronenemissionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, zuzuschreiben sind, kann sie insbesondere als Elektronenquelle in einer Bildwiedergabevorrichtung und als Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung verwendet werden, wobei in beiden Fällen eine hohe Auflösung und eine hohe Helligkeit erforderlich sind.
Die Bildwiedergabevorrichtung und die Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung, die von der oben beschriebenen Elektronenemissionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung Gebrauch machen, sind:
Eine Bildwiedergabevorrichtung mit einer Elektronenemissionsvorrichtung, einer Modulationselektrode, die zu einer Modulation eines aus der Elektronenemissionsvorrichtung emittierten Elektronenstrahlbündels gemäß einem Informationssignal fähig ist, und einem Bilderzeugungsteil, das zur Erzeugung eines Bildes im Ergebnis einer Bestrahlung mit dem Elektronenstrahlbündel fähig ist, wobei die Elektronenstrahl- Emissionsvorrichtung ein Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete Elektrode, eine auf die Elektrode laminierte Isolierschicht und eine eine Öffnung aufweisende und auf die Isolierschicht derart aufgeschichtete zweite Elektrode aufweist, daß die Isolierschicht in der Öffnung nicht bedeckt ist und Elektroden aus der Öffnung der zweiten Elektrode im Ergebnis des Anlegens einer Spannung zwischen den Elektroden emittiert werden, und
eine Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung mit einer Elektronenemissionsvorrichtung und einer Einrichtung zur Modulation eines Elektronenstrahlbündels, das aus der Elektronenemissionsvorrichtung emittiert wird, in Übereinstimmung mit einem Informationssignal, wobei die Elektronenstrahl-Emissionsvorrichtung ein Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete Elektrode, eine auf die Elektrode laminierte Isolierschicht und eine eine Öffnung aufweisende und auf die Isolierschicht derart aufgeschichtete zweite Elektrode aufweist, daß die Isolierschicht in der Öffnung nicht bedeckt ist und Elektroden aus der Öffnung der zweiten Elektrode im Ergebnis des Anlegens einer Spannung zwischen den Elektroden emittiert werden.
Die oben beschriebene Vorrichtung, die die Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 4A und 4B wird eine Ausführungsform einer Flachbildschirm-Bildwiedergabevorrichtung beschrieben, bei der die vorliegende Erfindung angewandt wird.
Fig. 4A ist eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung, die den Aufbau einer Anzeigetafel bzw. -platte zeigt.
Wie die vorliegende Erfindung arbeitet, wird nachfolgend in der Reihenfolge beschrieben.
Fig. 4A zeigt den Aufbau der Anzeigeplatte (display panel), wobei VC einen aus Glas gefertigten Vakuumbehälter und FP - ein Teil des selben - eine Frontseitenplatte auf der Vorderseite der Anzeige bezeichnet. Auf der inneren Oberfläche der Frontplatte FP ist eine - beispielsweise aus ITO gefertigte - transparente Elektrode gebildet. Auf deren Innenseite sind rote, grüne und blaue Fluoreszenzelemente (Bilderzeugungselemente) mosaikartig getrennt aufgebracht und mit einer metallischen Rückseite versehen, wie aus dem Gebiet der CRT (Kathodenstrahlröhren) bekannt. (Die transparente Elektrode, das fluoreszierende Element und die metallische Rückseite sind in der Zeichnung nicht gezeigt.) Die erwähnte transparente Elektrode ist elektrisch außerhalb des Vakuumbehälters über einen Anschluß EV angeschlossen, so daß eine Beschleunigungsspannung angelegt werden kann.
Der Buchstabe 5 bezeichnet ein Glassubstrat, das am Boden des oben erwähnten Vakuumbehälters VC angebracht ist und auf dessen Oberfläche die MIM-Elektronenemissionsvorrichtung (Fig. 4B) der vorliegenden Erfindung in einer Anordnung mit einer Anzahl N x I von Elementen gebildet ist. Für jede Zeile ist eine Gruppe von Elektronenemissionsvorrichtungen parallel geschaltet, und die pluspol-seitige Verdrallung 25 (oder die minuspol-seitige Verdrallung 26) jeder Zeile ist elektrisch über Anschlüsse Dp1 bis Dpl (oder Anschlüsse Dm1 bis Dml) nach außen verbunden.
Eine Gitterelektrode (Modulationselektrode) GR ist in Streifenform zwischen dem Substrat 5 und der Frontplatte FP gebildet. Die Gitterelektrode (Modulationselektrode) GR ist mit N Spalten vorhanden, die einen rechten Winkel mit den Zeilen der Elektronenemissionsvorrichtung einschließen. Gitterlöcher Gh sind in jeder Elektrode vorgesehen, durch die Elektronen hindurchgeführt werden. Die Gittercher Gh können einzeln bei einer Elektronenemissionsvorrichtung vorgesehen sein, wie in Fig. 4A gezeigt, oder die Anzahl kleiner Löcher kann alternativ hierzu in Netzform bereitgestellt sein.
Die entsprechenden Gitterelektroden (Modulationselektroden) sind mit Gitterelektrodenanschlüssen G&sub1; bis GN elektrisch nach außerhalb des Vakuumbehälters VC verbunden.
Beim vorliegenden Anzeigepanel bilden die Zeilen der Elektronenemissionsvorrichtung mit einer Anzahl von 1 und die Spalten der Gitterelektroden (Modulationselektroden) mit einer Anzahl von N eine xy-Matrix. Eine Synchronisation mit der aufeinanderfolgenden Ansteuerung (dem Abtasten-Scanning) der Zeilen der Elektronenemissionsvorrichtung Zeile um Zeile und eine Modulation der einer Zeile eines Bildes zugeordneten Signale werden - in Übereinstimmung mit den Informationssignalen - gleichzeitig auf die Zeilen der Gitterelektroden (Modulationselektroden) angewandt. Somit kann die Einstrahlung jedes Elektronenstrahlbündels auf das Fluoreszenzelement gesteuert und das Bild Zeile um Zeile wiedergegeben bzw. dargestellt werden.
Die oben beschriebene Bildwiedergabevorrichtung kann eine Bildwiedergabevorrichtung sein, die zur Erzeugung eines dargestellten Bildes mit einer besonders hohen Auflösung, frei von Helligkeits-Ungleichmäßigkeiten und mit hoher Helligkeit fähig ist, was eine Folge der Vorteile ist, die die oben beschriebene Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat.
Die Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung, die von der Elektronenemissionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung Gebrauch macht, wird nachfolgend beschrieben.
Fig. 5 stellt schematisch den Aufbau einer Ausführungsform der Elektronenstrahl- Lithographievorrichtung dar. Die Bezugsziffer 31 bezeichnet eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein aus der Elektronenemissionsvorrichtung 31 emittiertes Elektronenstrahlbündel (die gepunktete Linie in Fig. 5) erzeugt ein Bild auf einem Wafer 42, der auf einem Tisch 35 angeordnet ist. Der Elektronenstrahl wird durch ein EIN/AUS des Elektronenstrahls in Übereinstimmung mit Informationssignalen des gewünschten Bildes moduliert oder - mit anderen Worten - gesteuert. Eine Einrichtung zur Modulation des Elektronenstrahls kann einfach eine Elektronenstrahlquellen-Ansteuereinheit 32 aufweisen, die zu einer EIN/AUS-Steuerung der Ansteuerung der Vorrichtung fähig ist, zusätzlich hierzu kann sie aber - wie mit der Ziffer 41 in Fig. 5 bezeichnet - eine Austast- oder Blanking-Elektrode aufweisen, die zu einer starken Ablenkung kontinuierlich emittierter Elektronenstrahlen fähig ist, so daß diese den Wafer 42 nicht erreichen können. Wie oben beschrieben, ist die Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der Elektronenemissionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung und der Modulationseinrichtung als den wesentlichen Bestandteilen ausgerüstet. In dem Fall, daß die Elektronenemissionsvorrichtung, die die Elektronenstrahlquelle aufweist, nicht mehrfach vorhanden ist, ist es erforderlich, eine Ablenkungselektrode einzusetzen, die zu einer Ablenkung des Elektronenstrahls gemäß den Informationssignalen fähig ist. Ein (Proben-)Tisch-Mikrobewegungsmechanismus 37, der den Tisch 35 in Übereinstimmung mit Informationssignalen geringfügig bewegt, ein (Proben-)Tisch-Ausrichtungsmechanismus 38 und ein Steuermechanismus 40, der diese Mechanismen (37, 38) synchronisiert, die Ablenkungselektrode 39 und die Austastelektrode 41 können weiterhin bevorzugt in dem Fall vorgesehen sein, daß der Auslenkungsweite, über die der Elektronenstrahl durch die Ablenkelektrode 39 abgelenkt wird, eine gewisse Begrenzung aufzuerlegen ist. Fokussierungslinsen (eine elektromagnetische Linse 33 und eine Steuereinheit 34 für die elektromagnetische Linse) können auch bevorzugt so angeordnet sein, daß die Konvergenz eines Strahlbündels emittierter Elektronen auf dem Wafer 42 verbessert werden kann. In Fig. 5 bezeichnet die Bezugsziffer 36 einen Schwingungsisolationsständer, der eine Verschlechterung der Bilderzeugungsgenauigkeit infolge geringfügiger Schwingungen verhindert, die während der Bilderzeugung auftreten können.
Die oben beschriebene Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung kann eine Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung sein, die infolge der Vorteile der oben beschriebenen Elektronenemissionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine besonders hohe Auflösung und eine hohe Genauigkeit aufweist.
Wie oben im einzelnen beschrieben wurde, hat es die Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unnötig gemacht, die Oberflächenelektrode mit besonders geringer Dicke zu bilden, und sie hat es ermöglicht, gleichmäßig eine effektive Spannung an die Vorrichtung anzulegen und gleichzeitig zu verhindern, daß die Vorrichtung infolge der Erzeugung von Wärme Brüche bzw. Risse bekommt. Weiterhin ist es, da Elektronen durch die Öffnung der Oberflächenelektrode herausgezogen werden können, möglich geworden, die Elektonenemissionseffizienz zu steigern.
Die Bildung der Emissionsschicht durch das LB-Verfahren ermöglicht es, leicht die Steuerung der Schichtdicke in molekularer Größenordnung zu bewerkstelligen, und sie kann auch für eine ausgezeichnete Steuerbarkeit sorgen, so daß eine gute Reproduzierbarkeit und hohe Produktivität erreicht werden können, wenn die Vorrichtungen hergestellt werden.
Es ist auch möglich geworden, die Elektronenemissionseffizienz zu verbessern, weil es nicht mehr vorkommt, daß die Querschnittsgestalt des Elektronenstrahlbündels sich verschlechtert oder die Fluoreszenzhelligkeit mit einem Absinken der Dicke der Oberflächenelektrode ungleichmäßig wird.

Beispiele

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch Angabe von Beispielen detaillierter beschrieben.

Beispiel 1

Auf ein Glassubstrat 1 (#7059, ein Produkt der Corning Glass Works), das einer Hydrophobierungs-Behandlung unterworfen wurde, indem es 24 Stunden in einem mit Hexametyldisilazan (HMDS) gesättigten Gas stehengelassen wurde, wurde CR im Vakuum als Unterschicht durch Vakuumabscheidung mit einer Dicke von 500 Å abgeschieden, und weiter wurde Au mittels des selben Prozesses (Schichtdicke: 1000 Å) abgeschieden, um eine Basis- bzw. untere Elektrode in einem Streifen mit einer Breite von 1 mm zu bilden. Auf dem erhaltenen Substrat wurde eine aus Po- lyimid bestehende monomolekulare Schicht mittels des LB-Verfahrens gebildet, dessen Ablauf so war, wie unten genauer beschrieben.
Eine Dimethylacetamid-Lösung, in der Polyaminsäure (Molekülgewicht: etwa 200.000) in einer Konzentration von 1 x 10&supmin;³ Gew.-% aufgelöst war, wurde auf einer wässrigen Phase reinen Wassers bei 20ºC Wassertemperatur ausgebreitet, um eine monomolekulare Schicht auf der Wasseroberfläche zu bilden. Die Oberflächenspannung der auf diese Weise gebildeten monomolekularen Schicht wurde bis auf 25 mN/m erhöht. Während die Oberflächenspannung konstant gehalten wurde, wurde das erwähnte Substrat in Wasser getaucht und mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/Min. in die Wasseroberfläche schneidende Richtung gezogen. Auf diese Weise wurde eine monomolekulare Aufbauschicht vom Y-Typ präpariert. Dieses Vorgehen wurde wiederholt, um sechs Arten von Aufbauschichten mit 12, 18, 24, 30, 36 oder 40 Schichten zu bilden. Diese Schichten wurden dann für 10 Minuten auf 300ºC erwärmt, so daß sie in Polyimid überführt wurden.
Auf die gesamte Oberfläche der so gebildeten Schicht wurde Al vakuum-abgeschieden (Schichtdicke: 1.500 Å), wobei die Substrattemperatur unterhalb der Raumtemperatur gehalten wurde. Danach wurde ein Negativresist aufgebracht, und dann wurde ein Muster der Oberflächenelektrode - wie in Fig. 2A dargestellt - belichtet und entwickelt. Danach wurde Al durch ein herkömmliches Naßätzverfahren geätzt. Nachfolgend wurde der Resist abgeschält, und so wurde eine MIM-Vorrichtung mit der in Fig. 2B dargestellten Oberflächenelektrode präpariert. Die Abmessungen des Teils, in dem die Oberflächenelektrode und die Basiselektrode einander kreuzten, waren 1 mm x 1 mm. Die Breite der Öffnung war 10 µm, und der Abstand der Öffnungen war 50 µm.
Die so präparierte Vorrichtung wurde in ein Vakuum von 2 x 10&supmin;&sup6; Torr oder weniger gebracht, und es wurde eine Spannung zwischen die obere und die untere Elektrode angelegt. Im Ergebnis dessen wurde die Emission von Elektronen beobachtet. Es wurde eine Elektronenemissionseffizienz von maximal etwa 1 x 10&supmin;² erreicht. Mit einer Erhöhung der Aufbau-Anzahl der Isolierschicht war eine höhere Spannung anzulegen, um die gleichen Emissionsströme zu erhalten. Auf einer unmittelbar über der Vorrichtung angeordneten Fluoreszenzplatte wurde ein Elektronenemissionsmuster beobachtet, wobei sich zeigte, daß ein der Gestalt der Oberflächenelektrode ähnliches Fluoreszenzmuster erhalten wurde. Weiterhin zeigte die Fluoreszenz eine gute Gleichmäßigkeit.
Die Schichtdicke einer Polyimidschicht wurde durch Ellipsometrie zu etwa 3,6 Å bestimmt.
Als nächstes wurde die obige Prozedur zur Herstellung einer Vorrichtung wiederholt, mit Ausnahme dessen, daß die Abmessungen des Teils, in dem die Oberflächenelektrode und die Basiselektrode einander überkreuzten 1 mm x 1 mm, die Breite der Öffnung 100 µm und der Abstand der Öffnung 200 µm waren. Die Messung wurde auf die selbe Weise ausgeführt. Es war eine relativ hohe Spannung anzulegen, es wurde aber eine maximale Elektronenemissionseffizienz von etwa 3 x 10&supmin;³ erhalten. Das auf der Fluoreszenzplatte direkt über der Vorrichtung beobachtete Elektronenemissionsmuster erwies sich als der Gestalt der Oberflächenelektrode ähnlich. Die Fluoreszenz zeigte auch eine gute Gleichmäßigkeit.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt, um eine Vorrichtung herzustellen, mit Ausnahme dessen, daß als Muster der Oberflächenelektrode ein Muster verwendet wurde, wie es in Fig. 3A oder 3B dargestellt ist. Die Abmessungen der in Fig. 3A gezeigten Öffnung waren 10 µm x 10 µm, und der Durchmesser der in Fig. 3B gezeigten Öffnung war 15 µm. Der Abstand der Öffnungen war in beiden Fällen 50 µm. Das Elektronenemissionsmuster war der Gestalt der Oberflächenelektrode ähnlich, wobei die Aufweitung kleiner als beim Beispiel 1 war. Die Fluoreszenz zeigte in beiden Fällen gute Gleichmäßigkeit, aber im Falle der Fig. 3A war in der Nähe der Ecken der Öffnungen eine stärkere Fluoreszenz festzustellen.
Bei Beispielen, die oben beschrieben wurden, wurde das LB-Verfahren eingesetzt, um die Isolierschicht zu bilden. Es kann jedoch - ohne Beschränkung auf das LB- Verfahren - jedes Schichtbildungsverfahren eingesetzt werden, mit dem eine sehr dünne und gleichmäßige isolierende organische Dünnschicht gebildet werden kann. Diese Verfahren schließen insbesondere die Vakuumabscheidung, die elektrolytische Polimerisation und CVD (chemische Gasphasenabscheidung) ein. Damit kann die Einsatzbreite organischer Materialien erweitert werden.
Weiterhin kann die Isolierschicht 2 - ohne Beschränkung auf das organische Material- unter Einsatz von anorganischem Material gebildet werden.
Weiterhin können im Hinblick auf die Bildung der Elektrode beliebige Schichtbildungsverfahren verwendet werden - wie oben erwähnt -, so lange diese eine gleichmäßige dünne Schicht auf der organischen Dünnschicht bilden können, ohne daß es eine Beschränkung auf die Vakuumabscheidung und das Sputtern gäbe.
Es gibt auch keine Beschränkungen auf die Substratmaterialien und deren Gestalt.

Vergleichsbeispiel

Es wurde eine Vorrichtung mit der selben Vorrichtungsfäche (1 mm x 1 mm) wie in Beispiel 1 hergestellt, die aber mit keiner Öffnung versehen war. Eine Messung wurde auf die selbe Weise wie in Beispiel 1 ausgeführt. Die Oberflächenelektrode wurde so hergestellt, daß sie eine Schichtdicke von 200 Ä hatte. Hier wurde festgestellt, daß das auf der Fluoreszenzplatte beobachtete Elektronenemissionsmuster ähnlich der Gestalt der Oberflächenelektrode war. Die Fluoreszenz zeigte auch gute Gleichmäßigkeit. Die maximale Elektronenemissionseffizienz war jedoch nicht höher als 1 x 10&supmin;³. Im Falle einer Vorrichtung, die so hergestellt war, daß sie eine Oberflächenelektrode mit einer Schichtdicke von 150 Å hatte, war das Elektronenemissionsmuster ähnlich der Gestalt der Oberflächenelektrode, es trat aber eine Ungleichmäßigkeit der Fluoreszenz auf und die Elektronenemissionseffizienz war - verglichen mit dem Fall, in dem die Oberflächenelektrode mit einer Schichtdicke von 200 Å gebildet war - nicht verbessert. Andererseits ergab sich bei einer Vorrichtung, die so hergestellt wurde, daß sie eine Oberflächenelektrode mit einer Schichtdicke von 100 Å aufwies, ein Absinken der Elektronenemissionseffizienz auf 5 x 10&supmin;&sup4; oder darunter, und es ergab sich auch keine Ähnlichkeit des Elektronenemissionsmusters mit der Gestalt der Oberflächenelektrode, und es ergab sich weiterhin eine merkliche Ungleichmäßigkeit der Fluoreszenz. Dies lag daran, daß bei der mit einer Schichtdicke von 100 Å gebildeten Oberflächenelektrode das Al anfing, eine Inselstruktur zu bilden, so daß keine gleichmäßige Oberflächenelektrode ausgebildet wurde.

Claims

1. Bildanzeigevorrichtung mit

- einer elektronenemittierenden Vorrichtung, die ein Substrat (5), eine Elektrode (1) auf dem Substrat, eine auf die Elektrode laminierte Isolierschicht (2) und eine zweite Elektrode (3) aufweist,

- einer Modulationseinrichtung (GR) die zur Modulation eines von der elektronenemittierenden Vorrichtung emittierten Elektronenstrahls in Ubereinstimmung mit einem Informationssignal fähig ist, und

- einem Bilderzeugungselement (FP), das zur Erzeugung eines Bildes im Ergebnis einer Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl fähig ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die zweite Elektrode (3) mindestens eine Öffnung (4) hat und auf die Isolierschicht auf solche Weise laminiert ist, daß die Isolierschicht in der Öffnung nicht bedeckt ist und im Ergebnis des Anlegens einer Spannung zwischen die Elektroden Elektronen aus der Öffnung der zweiten Elektrode emittiert werden,

- die Isolierschicht eine monomolekulare Schicht einer organischen Verbindung oder eine aufgebaute Schicht der monomolekularen Schicht aufweist, und

- die Breite der Öffnung der elektronenemittierenden Vorrichtung 100 µm oder kleiner ist.

2. Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung mit

- einer elektronenemittierenden Vorrichtung (31), die mit einem Substrat (5), einer auf dem Substrat vorgesehenen Elektrode (1), einer auf die Elektrode laminierten Isolierschicht (2) und einer zweiten Elektrode (3) versehen ist, und

- einer Einrichtung (33) zur Modulation eines von der elektronenemittierenden Vorrichtung emittierten Elektronenstrahls in Übereinstimmung mit einem Informationssignal,

dadurch gekennzeichnet, daß

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Isolierschicht eine monomolekulare Schicht einer organischen Verbindung oder eine aus der monomolekularen Schicht aufgebaute Schicht aufweist, die durch das Langmuir-Blodgett-Verfahren (LB-Verfahren) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die elektronenemittierende Vorrichtung eine Mehrzahl von Öffnungen hat.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolierschicht der elektronenemittierenden Vorrichtung eine Dicke zwischen 100 Å und 5 Å hat.