JP2001210226A - 電界放出型電子源 - Google Patents
電界放出型電子源Info
- Publication number
- JP2001210226A JP2001210226A JP2000015569A JP2000015569A JP2001210226A JP 2001210226 A JP2001210226 A JP 2001210226A JP 2000015569 A JP2000015569 A JP 2000015569A JP 2000015569 A JP2000015569 A JP 2000015569A JP 2001210226 A JP2001210226 A JP 2001210226A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron source
- scanning
- field emission
- electron
- emission type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来技術のような高度なリソグラフィ技術を
必要とせず、単純な堆積のみのプロセスで作製されて、
優れた特性を持つ先端の先鋭化された電界放出型電子源
を提供する。 【解決手段】 エネルギビーム（３２）の走査（３３）
を利用し、該エネルギビームの走査を電子源素子の中心
部と周辺部とで走査条件を変化させ、基板（３１）の上
に先端が先鋭化された電子放出物質を堆積することによ
り作製された電界放出型電子源。
必要とせず、単純な堆積のみのプロセスで作製されて、
優れた特性を持つ先端の先鋭化された電界放出型電子源
を提供する。 【解決手段】 エネルギビーム（３２）の走査（３３）
を利用し、該エネルギビームの走査を電子源素子の中心
部と周辺部とで走査条件を変化させ、基板（３１）の上
に先端が先鋭化された電子放出物質を堆積することによ
り作製された電界放出型電子源。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電界を印加する
ことにより表面から電子を放出し、撮像板やディスプレ
イ等の電子源として用いることのできる電界放出型電子
源（冷陰極）に関するものである。
ことにより表面から電子を放出し、撮像板やディスプレ
イ等の電子源として用いることのできる電界放出型電子
源（冷陰極）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電界集中の起こりやすい先鋭な形状を形
成する方法としては、例えば ａ．微細な穴を形成しておいてそこに斜め蒸着により巧
みに先鋭な素子を堆積する方法（図１参照）。 ｂ．微小なマスクを残しておいて周辺をエッチングによ
り削り落とす際に、基板とエッチング条件の組み合わせ
により先鋭な形状が残るようにする方法（図２参照）。 などが行われているが、いずれも微細なパターンを超高
密度に作製するためには、精密なリソグラフィ技術が必
要とされるという問題があった。
成する方法としては、例えば ａ．微細な穴を形成しておいてそこに斜め蒸着により巧
みに先鋭な素子を堆積する方法（図１参照）。 ｂ．微小なマスクを残しておいて周辺をエッチングによ
り削り落とす際に、基板とエッチング条件の組み合わせ
により先鋭な形状が残るようにする方法（図２参照）。 などが行われているが、いずれも微細なパターンを超高
密度に作製するためには、精密なリソグラフィ技術が必
要とされるという問題があった。
【０００３】図１図示の従来方法は、文献１、後藤：
“ディスプレイ材料の基礎，その２，フィールドエミッ
ションディスプレイ（ＦＥＤ）”，ＮＨＫ技研だより，
１９９７年，１月号,pp.10-16 に解説されているような
スピント型の冷陰極で、 その製作手順を示せば以下のよ
うになる。まずガラス基板１１の上に陰極金属１２、絶
縁用シリコン酸化膜１３、ゲート金属電極１４を順次堆
積させる（ａ）。次に半導体プロセスに用いられている
フォトリソグラフィ技術を用いて、ゲート金属電極およ
び絶縁膜に微小な孔を開け陰極金属１２を露出させる
（ｂ）。この後、斜め方向からＡｌなどを蒸着１７し孔
の開口を小さくする（ｃ）。この基板に対して上方から
陰極金属１２を蒸着１８すると（ｄ）のように先の尖っ
た陰極１６（１２）が形成され開口が塞がる。最後に、
開口を塞いでいる陰極金属１２およびゲート金属１４上
のＡｌ，１５を除去して完成する（ｅ）。
“ディスプレイ材料の基礎，その２，フィールドエミッ
ションディスプレイ（ＦＥＤ）”，ＮＨＫ技研だより，
１９９７年，１月号,pp.10-16 に解説されているような
スピント型の冷陰極で、 その製作手順を示せば以下のよ
うになる。まずガラス基板１１の上に陰極金属１２、絶
縁用シリコン酸化膜１３、ゲート金属電極１４を順次堆
積させる（ａ）。次に半導体プロセスに用いられている
フォトリソグラフィ技術を用いて、ゲート金属電極およ
び絶縁膜に微小な孔を開け陰極金属１２を露出させる
（ｂ）。この後、斜め方向からＡｌなどを蒸着１７し孔
の開口を小さくする（ｃ）。この基板に対して上方から
陰極金属１２を蒸着１８すると（ｄ）のように先の尖っ
た陰極１６（１２）が形成され開口が塞がる。最後に、
開口を塞いでいる陰極金属１２およびゲート金属１４上
のＡｌ，１５を除去して完成する（ｅ）。
【０００４】図２図示の従来方法は、文献２、後藤ら：
“Field Emission Characteristicsof Diamond-like Ca
rbon Films Prepared by Electron Cyclotron Resonanc
e Plasma Chemical Vapor Deposition ”，静岡大学電
子工学研究所報，第３０巻，第３号，２２３頁に記載さ
れている先端が先鋭な素子の作製で、その製作手順を示
せば以下のようになる。まずＳｉ（１００）面基板２１
上にＳｉＯ2 ２２を堆積した後、通常のフォトリソグラ
フィ法を用いて円形のレジストパターン列２３を形成す
る（ａ）。次に、レジストパターン列間のＳｉＯ2 のみ
をウエットエッチング２４により溶かし去る（ｂ）。そ
の後ドライエッチング２５を行うと先端の尖ったＳｉ素
子２６が形成される（ｃ）。残されたＳｉＯ2 を取り除
く２７すると先端の尖ったＳｉ素子２６を有する構造が
得られる（ｄ）。
“Field Emission Characteristicsof Diamond-like Ca
rbon Films Prepared by Electron Cyclotron Resonanc
e Plasma Chemical Vapor Deposition ”，静岡大学電
子工学研究所報，第３０巻，第３号，２２３頁に記載さ
れている先端が先鋭な素子の作製で、その製作手順を示
せば以下のようになる。まずＳｉ（１００）面基板２１
上にＳｉＯ2 ２２を堆積した後、通常のフォトリソグラ
フィ法を用いて円形のレジストパターン列２３を形成す
る（ａ）。次に、レジストパターン列間のＳｉＯ2 のみ
をウエットエッチング２４により溶かし去る（ｂ）。そ
の後ドライエッチング２５を行うと先端の尖ったＳｉ素
子２６が形成される（ｃ）。残されたＳｉＯ2 を取り除
く２７すると先端の尖ったＳｉ素子２６を有する構造が
得られる（ｄ）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本願発明は、上述の従
来例に述べたような高度なリソグラフィ技術を必要とせ
ず、単純な堆積のみのプロセスで作製されて、優れた特
性を持つ先端の先鋭化された電界放出型電子源を提供す
ることを目的とするものである。
来例に述べたような高度なリソグラフィ技術を必要とせ
ず、単純な堆積のみのプロセスで作製されて、優れた特
性を持つ先端の先鋭化された電界放出型電子源を提供す
ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本願発明電界放出型電子源は、エネルギビームの走査を
利用し、該エネルギビームの走査を電子源素子の中心部
と周辺部とで走査条件を変化させ、基板の上に先端が先
鋭化された電子放出物質を堆積することにより作製され
たことを特徴とするものである。本発明においては、前
記走査条件の変化は、走査ビームを前記電子源素子の周
辺部で速く中心部で遅くなるよう変化させてもよく、走
査ビームのビームエネルギを前記電子源素子の周辺部で
小さく中心部で大きくなるよう変化させてもよく、走査
ビームのビーム量を前記電子源素子の周辺部で小さく中
心部で大きくなるよう変化させてもよく、走査ビームの
焦点を前記電子源素子の周辺部ではずし中心部で合わせ
るよう変化させてもよい。
本願発明電界放出型電子源は、エネルギビームの走査を
利用し、該エネルギビームの走査を電子源素子の中心部
と周辺部とで走査条件を変化させ、基板の上に先端が先
鋭化された電子放出物質を堆積することにより作製され
たことを特徴とするものである。本発明においては、前
記走査条件の変化は、走査ビームを前記電子源素子の周
辺部で速く中心部で遅くなるよう変化させてもよく、走
査ビームのビームエネルギを前記電子源素子の周辺部で
小さく中心部で大きくなるよう変化させてもよく、走査
ビームのビーム量を前記電子源素子の周辺部で小さく中
心部で大きくなるよう変化させてもよく、走査ビームの
焦点を前記電子源素子の周辺部ではずし中心部で合わせ
るよう変化させてもよい。
【０００７】さらに、前記走査ビームの焦点の変化は、
前記電子源素子と前記ビーム源との距離がビーム走査に
同期して変化するものであってもよく、前記電子源素子
と前記ビーム源との間に置かれた集束レンズの位置をビ
ーム走査に同期させるものであってもよく、前記電子源
素子と前記ビーム源との間に置かれた集束レンズの焦点
距離をビーム走査に同期して変化するものであってもよ
い。
前記電子源素子と前記ビーム源との距離がビーム走査に
同期して変化するものであってもよく、前記電子源素子
と前記ビーム源との間に置かれた集束レンズの位置をビ
ーム走査に同期させるものであってもよく、前記電子源
素子と前記ビーム源との間に置かれた集束レンズの焦点
距離をビーム走査に同期して変化するものであってもよ
い。
【０００８】前述の諸発明の他、本明細書の電界放出型
電子源に係る別の発明は、エネルギビームの走査を利用
し、該エネルギビームの走査を電子源素子の中心部と周
辺部とで走査条件を変化させ、基板の上に先端が先鋭化
された電子放出物質を堆積して作製させた後、さらに、
電解研磨法を適用することにより一層の先鋭化が達成さ
れるよう作製されたことを特徴とするものである。また
さらに、別の発明に係る電界放出型電子源は、エネルギ
ビームの走査を利用し、該エネルギビームの走査を電子
源素子の中心部と周辺部とで走査条件を変化させること
により、基板の上に先端が先鋭化された電子放出物質を
堆積させる処理を複数回繰り返し、２回目以降のエネル
ギビーム走査時に、その前の回にビーム走査した部分よ
り狭い面積を走査してより一層の先鋭化が達成されるよ
う作製されたことを特徴とするものである。またさら
に、別の発明に係る電界放出型電子源は、エネルギビー
ムの走査を、絶縁膜のエッチングと電子放出物質の堆積
との両目的に利用し、周囲が前記絶縁膜で囲まれ、基板
の上に先端が先鋭化された電子放出物質を堆積させて３
極構造に作製されたことを特徴とするものである。また
さらに、別の発明に係る電界放出型電子源は、前述の諸
発明において、前記エネルギビームを複数個用意し、複
数個の前記電子源素子を同時に作製したことを特徴とす
るものである。
電子源に係る別の発明は、エネルギビームの走査を利用
し、該エネルギビームの走査を電子源素子の中心部と周
辺部とで走査条件を変化させ、基板の上に先端が先鋭化
された電子放出物質を堆積して作製させた後、さらに、
電解研磨法を適用することにより一層の先鋭化が達成さ
れるよう作製されたことを特徴とするものである。また
さらに、別の発明に係る電界放出型電子源は、エネルギ
ビームの走査を利用し、該エネルギビームの走査を電子
源素子の中心部と周辺部とで走査条件を変化させること
により、基板の上に先端が先鋭化された電子放出物質を
堆積させる処理を複数回繰り返し、２回目以降のエネル
ギビーム走査時に、その前の回にビーム走査した部分よ
り狭い面積を走査してより一層の先鋭化が達成されるよ
う作製されたことを特徴とするものである。またさら
に、別の発明に係る電界放出型電子源は、エネルギビー
ムの走査を、絶縁膜のエッチングと電子放出物質の堆積
との両目的に利用し、周囲が前記絶縁膜で囲まれ、基板
の上に先端が先鋭化された電子放出物質を堆積させて３
極構造に作製されたことを特徴とするものである。また
さらに、別の発明に係る電界放出型電子源は、前述の諸
発明において、前記エネルギビームを複数個用意し、複
数個の前記電子源素子を同時に作製したことを特徴とす
るものである。
【０００９】前述の諸発明に使用されるエネルギービー
ムとしては、 （ａ）イオンビーム。例えば、公知のＦＩＢ（集束イオ
ンビーム）装置より発せられるビーム。 （ｂ）粒子線。例えば、電子線、α線、陽子線などの荷
電粒子線、あるいは中性子線などの非荷電粒子線。 （ｃ）レーザ光。例えば、公知のエキシマレーザから発
せられる紫外光。 （ｄ）Ｘ線。例えば、公知のシンクロトロン放射光より
発せられるＸ線。 などが考えられるが、本発明で利用するエネルギビーム
が、ここに例示したものに限定されるものでないことは
もちろんである。
ムとしては、 （ａ）イオンビーム。例えば、公知のＦＩＢ（集束イオ
ンビーム）装置より発せられるビーム。 （ｂ）粒子線。例えば、電子線、α線、陽子線などの荷
電粒子線、あるいは中性子線などの非荷電粒子線。 （ｃ）レーザ光。例えば、公知のエキシマレーザから発
せられる紫外光。 （ｄ）Ｘ線。例えば、公知のシンクロトロン放射光より
発せられるＸ線。 などが考えられるが、本発明で利用するエネルギビーム
が、ここに例示したものに限定されるものでないことは
もちろんである。
【００１０】ここで、後の説明のため前述の集束イオン
ビーム装置の原理に触れておく。文献３、丹呉浩侑編：
“半導体工学シリーズ９，半導体プロセス技術”，培風
館，１９９８年，３０６頁によれば、集束イオンビーム
装置には主として３つの機能があり、第１の機能はイオ
ン励起の二次電子を検出して二次電子像で観察する走査
型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）としての機能であり、イオン
ビームのスパッタリングにより発生する二次イオンを像
として観察すれば元素による違いがコントラストとして
得られる。第２の機能はマスクを用いないでエッチング
するマスクレスエッチング機能で、局所的な断面加工、
配線変更の際のコンタクト孔の穴開け、配線の切断に用
いられる。第３の機能はマスクレスデポジッション機能
で、イオンビームを照射した局部にのみ金属膜を堆積す
ることができるもので、例えば、回路の修正のためにＷ
膜を堆積することができる。これは、タングステンヘキ
サカルボニール（Ｗ（ＣＯ)6）ガスを導入しながらイオ
ンビーム（例えば、Ｇａイオン）を照射すると、（Ｗ
（ＣＯ)6）→Ｗ＋６ＣＯ（ガス）の反応が起こり、Ｗが
局所的に堆積されると考えられている。
ビーム装置の原理に触れておく。文献３、丹呉浩侑編：
“半導体工学シリーズ９，半導体プロセス技術”，培風
館，１９９８年，３０６頁によれば、集束イオンビーム
装置には主として３つの機能があり、第１の機能はイオ
ン励起の二次電子を検出して二次電子像で観察する走査
型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）としての機能であり、イオン
ビームのスパッタリングにより発生する二次イオンを像
として観察すれば元素による違いがコントラストとして
得られる。第２の機能はマスクを用いないでエッチング
するマスクレスエッチング機能で、局所的な断面加工、
配線変更の際のコンタクト孔の穴開け、配線の切断に用
いられる。第３の機能はマスクレスデポジッション機能
で、イオンビームを照射した局部にのみ金属膜を堆積す
ることができるもので、例えば、回路の修正のためにＷ
膜を堆積することができる。これは、タングステンヘキ
サカルボニール（Ｗ（ＣＯ)6）ガスを導入しながらイオ
ンビーム（例えば、Ｇａイオン）を照射すると、（Ｗ
（ＣＯ)6）→Ｗ＋６ＣＯ（ガス）の反応が起こり、Ｗが
局所的に堆積されると考えられている。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下添付図面を参照し実施例によ
り本願発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下で
は、前述のＦＩＢ装置において用いられるガリウム（Ｇ
ａ）イオンビームを例にとって説明する。ＦＩＢ（集束
イオンビーム）装置を用い、タングステン（Ｗ）の前駆
体Ｗ（ＣＯ）6 を導入しながらＧａイオンビームを照射
して基板上に金属Ｗの膜を堆積する技術を利用して、Ｗ
（ＣＯ)6ガス雰囲気中に置いた基板３１上をＧａイオン
ビーム３２で縦横に走査３３して（図３（ａ）参照）、
パラメータ（たとえば照射するイオンビーム電流、エネ
ルギ、走査する面積）を最適化することにより、先端の
先鋭な電子放出素子３４を作製することができる（図３
（ｂ）参照）。または、上記作製手順を複数回繰り返
し、しかも、走査時に前の回に走査したよりも狭い面積
を走査することによっても、先端の先鋭な冷陰極素子を
作製することができる（図４参照，（ａ）→（ｄ）：こ
の場合には、図３の場合と異なるパラメータが最適とな
る時もある）。さらに、上記プロセスで得られた結果が
十分でない５１の場合には、引き続き電解研磨、エッチ
ング５２などの技術を併用すれば一層の先鋭化５３が可
能となる（図５参照（ａ）→（ｂ））。
り本願発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下で
は、前述のＦＩＢ装置において用いられるガリウム（Ｇ
ａ）イオンビームを例にとって説明する。ＦＩＢ（集束
イオンビーム）装置を用い、タングステン（Ｗ）の前駆
体Ｗ（ＣＯ）6 を導入しながらＧａイオンビームを照射
して基板上に金属Ｗの膜を堆積する技術を利用して、Ｗ
（ＣＯ)6ガス雰囲気中に置いた基板３１上をＧａイオン
ビーム３２で縦横に走査３３して（図３（ａ）参照）、
パラメータ（たとえば照射するイオンビーム電流、エネ
ルギ、走査する面積）を最適化することにより、先端の
先鋭な電子放出素子３４を作製することができる（図３
（ｂ）参照）。または、上記作製手順を複数回繰り返
し、しかも、走査時に前の回に走査したよりも狭い面積
を走査することによっても、先端の先鋭な冷陰極素子を
作製することができる（図４参照，（ａ）→（ｄ）：こ
の場合には、図３の場合と異なるパラメータが最適とな
る時もある）。さらに、上記プロセスで得られた結果が
十分でない５１の場合には、引き続き電解研磨、エッチ
ング５２などの技術を併用すれば一層の先鋭化５３が可
能となる（図５参照（ａ）→（ｂ））。
【００１２】走査する際に、素子の中心部と周辺部と
で、作製条件を変化させることにより先端をより鋭くす
ることができる。具体的には、例えば、ビームを周辺部
で速く、中心部で遅く走査することにより先端の先鋭な
素子を作製することができる。同様の効果は、ビームの
エネルギが大きければ大きいほどＷの堆積速度が速くな
ることを利用して、ビームのエネルギを、周辺部で小さ
く、中心部で大きくして走査することによっても得られ
る。また、ビーム量が大きければ大きいほどＷの堆積速
度が速くなることを利用すれば、ビーム量を周辺部で小
さく、中心部で大きくして走査することにより先端の先
鋭な電界放出型電子源が得ることができる。
で、作製条件を変化させることにより先端をより鋭くす
ることができる。具体的には、例えば、ビームを周辺部
で速く、中心部で遅く走査することにより先端の先鋭な
素子を作製することができる。同様の効果は、ビームの
エネルギが大きければ大きいほどＷの堆積速度が速くな
ることを利用して、ビームのエネルギを、周辺部で小さ
く、中心部で大きくして走査することによっても得られ
る。また、ビーム量が大きければ大きいほどＷの堆積速
度が速くなることを利用すれば、ビーム量を周辺部で小
さく、中心部で大きくして走査することにより先端の先
鋭な電界放出型電子源が得ることができる。
【００１３】特に、単位面積当たりのビーム量を変化さ
せる方法として、焦点を周辺部ではずし、中心部で焦点
を合わせて走査することにより上記の効果が得られる。
ビーム焦点の変化法としては、（ａ）試料とビーム源と
の距離を、ビーム走査に同期して変化させて行うこと、
（ｂ）試料とビーム源との間に置かれた集束レンズの位
置を、ビーム走査に同期させて前後させること、（ｃ）
試料とビーム源との間に置かれた集束レンズの焦点距離
を、ビーム走査に同期して変化させること、などが挙げ
られる。さらに、上記作製手順を繰り返すことにより
（（ａ）→（ｄ））一層先端の先鋭な冷陰極素子を作製
することができる（図４参照）。上記プロセス（ａ）で
得られた結果が十分でない場合には、さらに電解研磨
（ｂ）などの公知の技術を併用して一層の先鋭化を図る
こともできる（図５参照）。
せる方法として、焦点を周辺部ではずし、中心部で焦点
を合わせて走査することにより上記の効果が得られる。
ビーム焦点の変化法としては、（ａ）試料とビーム源と
の距離を、ビーム走査に同期して変化させて行うこと、
（ｂ）試料とビーム源との間に置かれた集束レンズの位
置を、ビーム走査に同期させて前後させること、（ｃ）
試料とビーム源との間に置かれた集束レンズの焦点距離
を、ビーム走査に同期して変化させること、などが挙げ
られる。さらに、上記作製手順を繰り返すことにより
（（ａ）→（ｄ））一層先端の先鋭な冷陰極素子を作製
することができる（図４参照）。上記プロセス（ａ）で
得られた結果が十分でない場合には、さらに電解研磨
（ｂ）などの公知の技術を併用して一層の先鋭化を図る
こともできる（図５参照）。
【００１４】これらのプロセスは、電子源のカソードを
作製するプロセスであるが、電界放出型電子源にはゲー
トを備えた３極構造を持つものも多く使用されている。
本発明が、３極構造の電界放出型電子源の作製にも適用
できることを図６に示す。ここでは、エネルギビーム
を、絶縁膜のエッチングと電子放出物質の堆積との両目
的に利用している。このプロセスによれば、絶縁膜の加
工から陰極の堆積に至る工程を、真空中で一貫して行う
ことが可能であり、空気にさらして酸化することによる
電子放出特性の劣化を防止することができるという利点
もある。
作製するプロセスであるが、電界放出型電子源にはゲー
トを備えた３極構造を持つものも多く使用されている。
本発明が、３極構造の電界放出型電子源の作製にも適用
できることを図６に示す。ここでは、エネルギビーム
を、絶縁膜のエッチングと電子放出物質の堆積との両目
的に利用している。このプロセスによれば、絶縁膜の加
工から陰極の堆積に至る工程を、真空中で一貫して行う
ことが可能であり、空気にさらして酸化することによる
電子放出特性の劣化を防止することができるという利点
もある。
【００１５】図６における手順をさらに詳細に説明すれ
ば以下のようになる。 （ａ）基板６１を準備し、その上にストライプ状の陰極
電極線６２を形成し、さらに、その上に絶縁膜６３およ
びゲート電極用膜６４を順次に形成する。 （ｂ）ゲート電極用膜６４を電極線として用いるために
ストライプ状の隙間６５を形成する。 （ｃ）ゲート電極用膜６４および絶縁膜６３を貫通して
陰極電極線６２まで届く穴６６を形成する。 （ｄ）上述の工程で形成した穴６６の中に本願発明の方
法を用いて先端が先鋭化された陰極６７を形成する。 （ｅ）こうして完成した素子６０を真空６８中に設置し
陽極６９と対向させる。陰極６７とゲート６４との間に
ゲート６４を正の極性とする電圧７０を印加すると同時
に、ゲート６４と陽極６９との間に陽極６９を正の極性
とする電圧７１を印加することにより、陰極６７より電
子線７２を発生させることができる。
ば以下のようになる。 （ａ）基板６１を準備し、その上にストライプ状の陰極
電極線６２を形成し、さらに、その上に絶縁膜６３およ
びゲート電極用膜６４を順次に形成する。 （ｂ）ゲート電極用膜６４を電極線として用いるために
ストライプ状の隙間６５を形成する。 （ｃ）ゲート電極用膜６４および絶縁膜６３を貫通して
陰極電極線６２まで届く穴６６を形成する。 （ｄ）上述の工程で形成した穴６６の中に本願発明の方
法を用いて先端が先鋭化された陰極６７を形成する。 （ｅ）こうして完成した素子６０を真空６８中に設置し
陽極６９と対向させる。陰極６７とゲート６４との間に
ゲート６４を正の極性とする電圧７０を印加すると同時
に、ゲート６４と陽極６９との間に陽極６９を正の極性
とする電圧７１を印加することにより、陰極６７より電
子線７２を発生させることができる。
【００１６】陰極電極線６２のうちから１本を選ぶと同
時に、ゲート電極線６４のうちから１本を選んでそれら
の間に電圧を印加すると、それらの２本が交差した点に
ある陰極６７のみから電子７２を発生させることができ
る。選択した線を順次切り替えることにより電子を発生
する陰極を順次に切り替えることができ２次元的な走査
が可能となる。ゲートを用いずに陰極６７と陽極６９の
みを用いる２極構造で電子を発生させるには、高い電圧
が必要であるのに比べて、ゲート６４も用いた３極構造
の素子は陰極６７とゲート６４の間の電圧が非常に低く
すむという利点がある。
時に、ゲート電極線６４のうちから１本を選んでそれら
の間に電圧を印加すると、それらの２本が交差した点に
ある陰極６７のみから電子７２を発生させることができ
る。選択した線を順次切り替えることにより電子を発生
する陰極を順次に切り替えることができ２次元的な走査
が可能となる。ゲートを用いずに陰極６７と陽極６９の
みを用いる２極構造で電子を発生させるには、高い電圧
が必要であるのに比べて、ゲート６４も用いた３極構造
の素子は陰極６７とゲート６４の間の電圧が非常に低く
すむという利点がある。
【００１７】工程（ａ）における基板としては半導体Ｓ
ｉ，ＧａＡｓの他ガラスなどの絶縁性のものを用いるこ
ともできる。また、陰極電極線としてはＡｌ，Ａｕ，Ｐ
ｔ，Ｗなどの金属材料を蒸着などの方法により基板６１
上に堆積した後、通常のリソグラフィによるパターニン
グとエッチングの方法を用いて、所望の形状に加工した
ものを用いることができる。それ以外にも、絶縁性の基
板に部分的に導電性を持たせることが可能な方法（例え
ば、Ｓｉに対するＢの打ち込み）により、電極線の形成
が可能である。また、工程（ａ）において、絶縁膜６３
の上にゲート電極用膜６４を形成するに際し、ＦＢＩ法
を用いることにより所望の位置にのみ電極を形成するこ
とができる。したがってゲート電極用膜６４の形成する
工程を省くことができるとともに、引き続く工程
（ｂ），（ｃ）を同じ装置で行うことができ、真空中で
の一貫形成が可能となる。
ｉ，ＧａＡｓの他ガラスなどの絶縁性のものを用いるこ
ともできる。また、陰極電極線としてはＡｌ，Ａｕ，Ｐ
ｔ，Ｗなどの金属材料を蒸着などの方法により基板６１
上に堆積した後、通常のリソグラフィによるパターニン
グとエッチングの方法を用いて、所望の形状に加工した
ものを用いることができる。それ以外にも、絶縁性の基
板に部分的に導電性を持たせることが可能な方法（例え
ば、Ｓｉに対するＢの打ち込み）により、電極線の形成
が可能である。また、工程（ａ）において、絶縁膜６３
の上にゲート電極用膜６４を形成するに際し、ＦＢＩ法
を用いることにより所望の位置にのみ電極を形成するこ
とができる。したがってゲート電極用膜６４の形成する
工程を省くことができるとともに、引き続く工程
（ｂ），（ｃ）を同じ装置で行うことができ、真空中で
の一貫形成が可能となる。
【００１８】工程（ｃ）での穴あけはＦＩＢ法をエッチ
ングモード、すなわち膜形成のためのガスを導入せずに
イオンを照射すると、その部分を削り取ることができ、
所望の位置にイオンを照射することにより穴６６を次々
に形成することができるし、通常のフォトリソグラフィ
によるパターニングおよびエッチングの方法によっても
形成することができる。
ングモード、すなわち膜形成のためのガスを導入せずに
イオンを照射すると、その部分を削り取ることができ、
所望の位置にイオンを照射することにより穴６６を次々
に形成することができるし、通常のフォトリソグラフィ
によるパターニングおよびエッチングの方法によっても
形成することができる。
【００１９】これまでに示してきたプロセスを行うに
は、 （１素子作製に要する時間）×（素子数） だけの時間がかかる。これが問題になる場合には、同時
に作製できる素子数を増すことが有効である。具体的に
は、エネルギビームを複数に分割し、同時に照射するこ
とにより、上記所要時間を （１素子作製に要する時間）×（素子数）÷（分割数） に減じることができる。例えば、エネルギビームを１万
分割することにより、１００万素子を作製するのに必要
な時間を、上記の方法で素子を作製するのに必要な時間
の１万分の１ですませることができる。
は、 （１素子作製に要する時間）×（素子数） だけの時間がかかる。これが問題になる場合には、同時
に作製できる素子数を増すことが有効である。具体的に
は、エネルギビームを複数に分割し、同時に照射するこ
とにより、上記所要時間を （１素子作製に要する時間）×（素子数）÷（分割数） に減じることができる。例えば、エネルギビームを１万
分割することにより、１００万素子を作製するのに必要
な時間を、上記の方法で素子を作製するのに必要な時間
の１万分の１ですませることができる。
【００２０】分割により、１つのビームのエネルギーが
不足する場合には、ビームを必要数配置し、必要な強度
を持った複数ビームを得ることもできる。この方法と、
図６に記載の方法とを併用することにより、図６図示の
工程（ｂ）までの加工をあらかじめほどこしておけば、
ゲート用金属膜および絶縁膜の加工と陰極形成とを真空
中一貫プロセスにより、しかも短時間で行うことができ
る。
不足する場合には、ビームを必要数配置し、必要な強度
を持った複数ビームを得ることもできる。この方法と、
図６に記載の方法とを併用することにより、図６図示の
工程（ｂ）までの加工をあらかじめほどこしておけば、
ゲート用金属膜および絶縁膜の加工と陰極形成とを真空
中一貫プロセスにより、しかも短時間で行うことができ
る。
【００２１】堆積する物質としてＷを例にあげて説明し
たが、Ｗに限定する必要はなく、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｎｂ
その他の陰極材料を堆積する技術として用いることがで
きるのはもちろんである。
たが、Ｗに限定する必要はなく、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｎｂ
その他の陰極材料を堆積する技術として用いることがで
きるのはもちろんである。
【００２２】また、これまで述べてきた実施例はすべて
エネルギビームを走査させる手段を用いてきたが、エネ
ルギビームを走査させないでも所望の電界放出型電子源
を得ることも可能である。例えば、ビーム位置を固定し
てビーム量を時間的に徐々に減じることにより、電子放
出材料を先端の尖った形状に堆積することができる。
エネルギビームを走査させる手段を用いてきたが、エネ
ルギビームを走査させないでも所望の電界放出型電子源
を得ることも可能である。例えば、ビーム位置を固定し
てビーム量を時間的に徐々に減じることにより、電子放
出材料を先端の尖った形状に堆積することができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、エネルギビームを利用
し基板の上に電子放出物質を堆積することにより、先端
の先鋭な電界放出型電子源を、高度なリソグラフィ技術
を使用することなく比較的容易に得ることができる。ま
た、上記方法により作製した後さらに電界研磨法を適用
することにより一層の先鋭化を達成することができる。
さらに、上記エネルギビームを絶縁膜のエッチングと電
子放出物質の堆積との両目的に利用することにより、３
極構造の電界放出型電子源を容易に提供することができ
る。
し基板の上に電子放出物質を堆積することにより、先端
の先鋭な電界放出型電子源を、高度なリソグラフィ技術
を使用することなく比較的容易に得ることができる。ま
た、上記方法により作製した後さらに電界研磨法を適用
することにより一層の先鋭化を達成することができる。
さらに、上記エネルギビームを絶縁膜のエッチングと電
子放出物質の堆積との両目的に利用することにより、３
極構造の電界放出型電子源を容易に提供することができ
る。
【図１】 文献１による公知の電界放出型電子源の作製
手順を説明する図。
手順を説明する図。
【図２】 文献２による公知の電界放出型電子源の作製
手順を説明する図。
手順を説明する図。
【図３】 文献３のＦＩＢ法によるＷ膜堆積例を説明す
る図（ａ）とこのＦＩＢ法を本発明に適用した電界放出
型電子源の模式図（ｂ）。
る図（ａ）とこのＦＩＢ法を本発明に適用した電界放出
型電子源の模式図（ｂ）。
【図４】 図３（ｂ）の方法を繰り返し、その前の走査
よりも狭い面積を走査するように繰り返して、より先鋭
な先端を持つ電界放出型電子源を得る説明図。
よりも狭い面積を走査するように繰り返して、より先鋭
な先端を持つ電界放出型電子源を得る説明図。
【図５】 電界研磨による一層先鋭な先端を持つ電界放
出型電子源の作製の説明図。
出型電子源の作製の説明図。
【図６】 エネルギビームを絶縁膜のエッチングと電子
放出物質の堆積との両目的に利用して作製した本発明３
極構造の電界放出型電子源の作製手順を説明するための
図。
放出物質の堆積との両目的に利用して作製した本発明３
極構造の電界放出型電子源の作製手順を説明するための
図。
１１ ガラス基板 １２ 陰極金属 １３ シリコン酸化膜 １４ ゲート金属 １５ アルミ薄膜 １６ 先端が先鋭化された電子源 １７ 斜め方向からのアルミ薄膜の蒸着 １８ 陰極薄膜の蒸着 ２１ Ｓｉ（１００）面基板 ２２ 酸化シリコン（ＳｉＯ2) ２３ レジストパターン列 ２４ ウエットエッチング ２５ ドライエッチング ２６ 先端の尖ったＳｉ素子 ２７ 酸化シリコンの剥離 ３１ 基板 ３２ Ｇａイオンビーム ３３ 縦横に走査 ３４ 電子放出素子 ５１ 先鋭化の不十分な電子放出素子 ５２ 電界研磨やエッチング ５３ より先鋭化された電子放出素子 ６１ 基板 ６２ ストライプ状の陰極電極線 ６３ 絶縁膜 ６４ ゲート電極用膜 ６５ ストライプ状の隙間 ６６ 穴 ６７ 陰極 ６８ 真空 ６９ 陽極 ７０ 電圧 ７１ 電圧 ７２ 電子線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Claims (12)
- 【請求項１】 エネルギビームの走査を利用し、該エネ
ルギビームの走査を電子源素子の中心部と周辺部とで走
査条件を変化させ、基板の上に先端が先鋭化された電子
放出物質を堆積することにより作製されたことを特徴と
する電界放出型電子源。 - 【請求項２】 請求項１記載の電子源において、前記走
査条件の変化が走査ビームを前記電子源素子の周辺部で
速く、中心部で遅くなるよう変化させることであること
を特徴とする電界放出型電子源。 - 【請求項３】 請求項１記載の電子源において、前記走
査条件の変化が走査ビームのビームエネルギを前記電子
源素子の周辺部で小さく、中心部で大きくなるよう変化
させることであることを特徴とする電界放出型電子源。 - 【請求項４】 請求項１記載の電子源において、前記走
査条件の変化が走査ビームのビーム量を前記電子源素子
の周辺部で小さく、中心部で大きくなるよう変化させる
ことであることを特徴とする電界放出型電子源。 - 【請求項５】 請求項１記載の電子源において、前記走
査条件の変化が走査ビーム焦点を前記電子源素子の周辺
部ではずし、中心部で合わせるよう変化させることであ
ることを特徴とする電界放出型電子源。 - 【請求項６】 請求項５記載の電子源において、前記走
査ビーム焦点の変化が前記電子源素子と前記ビーム源と
の距離をビーム走査に同期させて変化させることである
ことを特徴とする電界放出型電子源。 - 【請求項７】 請求項５記載の電子源において、前記走
査ビーム焦点の変化が前記電子源素子と前記ビーム源と
の間に置かれた集束レンズの位置をビーム走査に同期さ
せて前後させることであることを特徴とする電界放出型
電子源。 - 【請求項８】 請求項５記載の電子源において、前記素
子ビーム焦点の変化が前記電子源素子と前記ビーム源と
の間に置かれた集束レンズの焦点距離を、ビーム走査に
同期させて変化させることであることを特徴とする電界
放出型電子源。 - 【請求項９】 エネルギビームの走査を利用し、該エネ
ルギビームの走査を電子源素子の中心部と周辺部とで走
査条件を変化させ、基板の上に先端が先鋭化された電子
放出物質を堆積することにより作製させた後、さらに、
電解研磨法を適用することにより一層の先鋭化が達成さ
れるよう作製されたことを特徴とする電界放出型電子
源。 - 【請求項１０】 エネルギビームの走査を利用し、該エ
ネルギビームの走査を電子源素子の中心部と周辺部とで
走査条件を変化させ、基板の上に先端が先鋭化された電
子放出物質を堆積させる処理を複数回繰り返し、２回目
以降のエネルギビーム走査時に、その前の回にビーム走
査した部分より狭い面積を走査してより一層の先鋭化が
達成されるよう作製されたことを特徴とする電界放出型
電子源。 - 【請求項１１】 エネルギビームの走査を絶縁膜のエッ
チングと電子放出物質の堆積との両目的に利用し、周囲
が前記絶縁膜で囲まれ、基板の上に先端が先鋭化された
電子放出物質を堆積させて３極構造に作製されたことを
特徴とする電界放出型電子源。 - 【請求項１２】 請求項１から１１いずれか記載の電子
源において、前記エネルギビームを複数個用意し、複数
個の電子源素子をより迅速に同時に作製したことを特徴
とする電界放出型電子源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000015569A JP2001210226A (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 電界放出型電子源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000015569A JP2001210226A (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 電界放出型電子源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001210226A true JP2001210226A (ja) | 2001-08-03 |
Family
ID=18542845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000015569A Pending JP2001210226A (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 電界放出型電子源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001210226A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007149524A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Japan Science & Technology Agency | 微小電子エミッタの作製方法及びそれを用いて作製される微小電子エミッタ |
-
2000
- 2000-01-25 JP JP2000015569A patent/JP2001210226A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007149524A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Japan Science & Technology Agency | 微小電子エミッタの作製方法及びそれを用いて作製される微小電子エミッタ |
| JP4672534B2 (ja) * | 2005-11-29 | 2011-04-20 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 微小電子エミッタの作製方法及びそれを用いて作製される微小電子エミッタ |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0992053B1 (en) | Gated photocathode for controlled single and multiple electron beam emission | |
| US7220971B1 (en) | Multi-pixel electron microbeam irradiator systems and methods for selectively irradiating predetermined locations | |
| US5258685A (en) | Field emission electron source employing a diamond coating | |
| US6465797B2 (en) | Electron beam illumination apparatus, electron beam exposure apparatus, and device manufacturing method | |
| KR20010089522A (ko) | 다중 대전된 입자 빔렛 방출 칼럼들의 어레이 | |
| EP0939418A2 (en) | Field-emission electron source and method of manufacturing the same | |
| JP2001210226A (ja) | 電界放出型電子源 | |
| Harriott | The technology of finely focused ion beams | |
| JP3212755B2 (ja) | 針状物質の製造方法およびマイクロエミッタアレイの製造方法 | |
| US4798959A (en) | Super submicron electron beam writer | |
| JP3819566B2 (ja) | ダイヤモンド膜またはダイヤモンド状炭素膜の成膜方法 | |
| JPH03295131A (ja) | 電界放出素子およびその製造方法 | |
| JP4939565B2 (ja) | 電子ビーム露光装置 | |
| KR100792385B1 (ko) | 나노팁전자방출원, 그의 제조 방법 및 그를 구비한 나노팁리소그래피 장치 | |
| KR100928965B1 (ko) | 전자빔 프로젝션 리소그라피용 에미터와 그 작동 방법 및제조 방법 | |
| KR19990088479A (ko) | 전도성구조물형성방법 | |
| JPH0451438A (ja) | 電子ビーム露光装置及び露光方法 | |
| Li et al. | Low energy electron stimulated etching of thin Si-oxide layer in nanometer scale using scanning tunneling microscope | |
| JP5173254B2 (ja) | 基板の加工方法 | |
| JPH11106208A (ja) | カーボンナノチューブの回収方法 | |
| KR100278502B1 (ko) | 더블 게이트를 갖는 화산형 금속 fea 제조방법 | |
| JPS63288017A (ja) | 微細パタ−ンの形成方法 | |
| WO2006071861A2 (en) | Multi-pixel electron microbeam irradiator systems and methods for selectively irradiating predetermined locations | |
| JP3962965B2 (ja) | イオン源及び核融合炉用中性粒子ビーム入射装置並びにイオンビームプロセス装置 | |
| Harriott | Ion Beam Techniques and Applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050128 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050708 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051025 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060307 |