JPH04337233A - 電子銃及び電子線応用装置 - Google Patents
電子銃及び電子線応用装置Info
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- JPH04337233A JPH04337233A JP3110132A JP11013291A JPH04337233A JP H04337233 A JPH04337233 A JP H04337233A JP 3110132 A JP3110132 A JP 3110132A JP 11013291 A JP11013291 A JP 11013291A JP H04337233 A JPH04337233 A JP H04337233A
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- electrons
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Links
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Landscapes
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】電子銃に関し、特に微弱な電子線
を用いる装置や高速測定する装置に好適な電子銃に係わ
る。
を用いる装置や高速測定する装置に好適な電子銃に係わ
る。
【０００２】
【従来の技術】電子線を試料に照射して反射電子や２次
電子を検出する電子線応用装置では測定に用いる電子の
数が少ないと量子ノイズにより測定が困難となる。これ
に対処するために例えば特開平２−１１４４３９ 号公
報に記載されているように走査型電子顕微鏡では低速に
よる走査により検出する電子の数を多くしている。
電子を検出する電子線応用装置では測定に用いる電子の
数が少ないと量子ノイズにより測定が困難となる。これ
に対処するために例えば特開平２−１１４４３９ 号公
報に記載されているように走査型電子顕微鏡では低速に
よる走査により検出する電子の数を多くしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では少量
の電子で行なう高速の測定や、絶縁体・生体関連試料の
様な多量の電子線により損傷を受ける試料の測定には対
応出来ない。なぜなら量子ノイズを充分低減するために
は、測定時間内に１００個以上の電子が必要であり、例
えば電流を１μＡとすると２０ｐｓ以上の時間が必要と
なる為である。
の電子で行なう高速の測定や、絶縁体・生体関連試料の
様な多量の電子線により損傷を受ける試料の測定には対
応出来ない。なぜなら量子ノイズを充分低減するために
は、測定時間内に１００個以上の電子が必要であり、例
えば電流を１μＡとすると２０ｐｓ以上の時間が必要と
なる為である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題は電子放出の時
刻がその直前に放出された電子の時刻に依存する、理想
的には等しい時間間隔を有する、電子銃を用いることに
より解決される。例えば図１に示すように光子数状態の
光２を物質３に照射して得られる電子４を電子源とする
ことにより得られる。また、同様のことはクーロンブロ
ッケイド現象を用いて電流を制御することによっても可
能である。
刻がその直前に放出された電子の時刻に依存する、理想
的には等しい時間間隔を有する、電子銃を用いることに
より解決される。例えば図１に示すように光子数状態の
光２を物質３に照射して得られる電子４を電子源とする
ことにより得られる。また、同様のことはクーロンブロ
ッケイド現象を用いて電流を制御することによっても可
能である。
【０００５】
【作用】光の状態は、次の文献［山本喜久：応用物理，
第５４巻，第７号，１９８５）］に示されているような
、非古典的光子状態と呼ばれる一群の光の状態がある。 これらの光子状態の特徴は、文献［Ｐ．Ｌ．Ｋｎｉｇｈ
ｔ ａｎｄ Ｌ．Ａｌｌｅｎ：“Ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏ
ｆＱｕａｎｔｕｍ Ｏｐｔｉｃｓ”，（Ｐｅｒｇａｍｏ
ｎ Ｐｒｅｓｓ，１９８３）］に述べられているように
、光子反集群（ａｎｔｉ−ｂｕｎｃｈｉｎｇ）と呼ばれ
る効果を持つことである。 その原因は、このような光子状態の光による光電変換過
程の結果得られる光電子発生事象は、放電ランプ，コー
ヒーレント状態のレーザによる場合等とは異なり相関を
有している点にある。言い替えれば、非古典的光子状態
では、光電子発生事象の時間間隔が大きくなる傾向が強
くなり、短い測定時間の間に２回以上の光電子発生事象
が起こりにくくなっている。したがって、ある時刻Ｔ１
に光電子の発生が起こったかどうかによって、その後の
時刻Ｔ２に光電子の発生が観測される確率は、最初の時
刻Ｔ１に光電子発生が観測されたかどうかに依存し、上
述のような非古典的光子状態では、時刻Ｔ１に光電子放
出事象が観測された場合は、時刻Ｔ２で光電子放出が再
び観測される確率が小さくなるのである。このとき、光
電子放出発生事象の時間間隔が一定になる傾向になり、
光電子電流の量子ノイズ（ショットノイズ）は、減少し
ている。
第５４巻，第７号，１９８５）］に示されているような
、非古典的光子状態と呼ばれる一群の光の状態がある。 これらの光子状態の特徴は、文献［Ｐ．Ｌ．Ｋｎｉｇｈ
ｔ ａｎｄ Ｌ．Ａｌｌｅｎ：“Ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏ
ｆＱｕａｎｔｕｍ Ｏｐｔｉｃｓ”，（Ｐｅｒｇａｍｏ
ｎ Ｐｒｅｓｓ，１９８３）］に述べられているように
、光子反集群（ａｎｔｉ−ｂｕｎｃｈｉｎｇ）と呼ばれ
る効果を持つことである。 その原因は、このような光子状態の光による光電変換過
程の結果得られる光電子発生事象は、放電ランプ，コー
ヒーレント状態のレーザによる場合等とは異なり相関を
有している点にある。言い替えれば、非古典的光子状態
では、光電子発生事象の時間間隔が大きくなる傾向が強
くなり、短い測定時間の間に２回以上の光電子発生事象
が起こりにくくなっている。したがって、ある時刻Ｔ１
に光電子の発生が起こったかどうかによって、その後の
時刻Ｔ２に光電子の発生が観測される確率は、最初の時
刻Ｔ１に光電子発生が観測されたかどうかに依存し、上
述のような非古典的光子状態では、時刻Ｔ１に光電子放
出事象が観測された場合は、時刻Ｔ２で光電子放出が再
び観測される確率が小さくなるのである。このとき、光
電子放出発生事象の時間間隔が一定になる傾向になり、
光電子電流の量子ノイズ（ショットノイズ）は、減少し
ている。
【０００６】上述のような効果を持つ光子状態の一種に
、光子数状態と呼ばれる、光子数測定に対する固有状態
がある。実際に、このような状態に近い状態の光が発生
できることは、例えば、文献［Ｓ．Ｍａｃｈｉｄａ，Ｙ
．Ｙａｍａｍｏｔｏ：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，
ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．９，１９８８］に明らかにされて
いる。この状態の光の強度測定の結果は、コヒーレント
状態（すなわち通常のレーザ光）が有する量子ノイズ（
ショットノイズ）より小さいノイズレベルを有している
。なお、この文献では、上記のような光子状態を、振幅
スクイーズド状態、または、光子数−位相スクイズド状
態（ｎｕｍｂｅｒ−ｐｈａｓｅ ｓｑｕｅｅｚｅｄ ｓ
ｔａｔｅ）等と呼んでいる。
、光子数状態と呼ばれる、光子数測定に対する固有状態
がある。実際に、このような状態に近い状態の光が発生
できることは、例えば、文献［Ｓ．Ｍａｃｈｉｄａ，Ｙ
．Ｙａｍａｍｏｔｏ：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，
ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．９，１９８８］に明らかにされて
いる。この状態の光の強度測定の結果は、コヒーレント
状態（すなわち通常のレーザ光）が有する量子ノイズ（
ショットノイズ）より小さいノイズレベルを有している
。なお、この文献では、上記のような光子状態を、振幅
スクイーズド状態、または、光子数−位相スクイズド状
態（ｎｕｍｂｅｒ−ｐｈａｓｅ ｓｑｕｅｅｚｅｄ ｓ
ｔａｔｅ）等と呼んでいる。
【０００７】この状態の光をネガティブエレクトンアフ
ィニティ等を利用する光電変換の効率が十分高い電子放
出材料に照射すれば、電子放出の時間間隔が極めて安定
している、すなわち量子ノイズの小さな、電子源となる
。
ィニティ等を利用する光電変換の効率が十分高い電子放
出材料に照射すれば、電子放出の時間間隔が極めて安定
している、すなわち量子ノイズの小さな、電子源となる
。
【０００８】この電子源を用いて電子線応用装置を構成
すれば量子ノイズが小さいため、少ない数の電子での測
定が可能となる。なお、光子数−位相スクイズド状態に
限らず、光の振幅測定の不確定性が抑圧されているあら
ゆる非古典的光子状態を用いても、同じ効果が得られる
。
すれば量子ノイズが小さいため、少ない数の電子での測
定が可能となる。なお、光子数−位相スクイズド状態に
限らず、光の振幅測定の不確定性が抑圧されているあら
ゆる非古典的光子状態を用いても、同じ効果が得られる
。
【０００９】同様のことはクーロンブロッケイド現象を
用いても可能である。この現象は、トンネル接合部（例
えば金属／絶縁体／金属）を流れるトンネル電流の量子
ノイズが非常に小さい現象である。従ってこの電流をや
はり高い効率で真空中に導けば量子ノイズの小さな電子
銃を得ることができる。
用いても可能である。この現象は、トンネル接合部（例
えば金属／絶縁体／金属）を流れるトンネル電流の量子
ノイズが非常に小さい現象である。従ってこの電流をや
はり高い効率で真空中に導けば量子ノイズの小さな電子
銃を得ることができる。
【００１０】
【実施例】実施例１
図２に電子銃及び装置の構成を示す。光源として紫外光
レーザー５から発生する光子数状態の光２を用いた。こ
の光の量子ノイズは通常の約１／１０となっている。こ
の光をＧａＰ結晶６の表面に照射する。ＧａＰの表面に
はＣｓ１５を吸着させ仕事関数を低下させている。光の
エネルギーは４．０ｅＶ でありこれにより約６０％の
効率でＧａＰから電子が放出される。この結果、電子４
の量子ノイズを通常の約１／２とすることが出来た。更
に表面にＣｓと同時にＯを吸着すればより仕事関数が低
下しより高い変換効率が期待できる。これにより、より
量子ノイズの小さな電子源を得ることが出来る。このよ
うに光の吸収係数の大きな物質と仕事関数の小さな物質
を組合せることが量子ノイズの低減に効果的となる。こ
の電子銃を用いて走査型電子顕微鏡を構成した結果、従
来チャージアップや損傷によって観察の困難であった絶
縁体や生体関連試料１９も従来の１／２の短時間（すな
わち少ない電子量）で測定することにより観察が可能と
なった。
レーザー５から発生する光子数状態の光２を用いた。こ
の光の量子ノイズは通常の約１／１０となっている。こ
の光をＧａＰ結晶６の表面に照射する。ＧａＰの表面に
はＣｓ１５を吸着させ仕事関数を低下させている。光の
エネルギーは４．０ｅＶ でありこれにより約６０％の
効率でＧａＰから電子が放出される。この結果、電子４
の量子ノイズを通常の約１／２とすることが出来た。更
に表面にＣｓと同時にＯを吸着すればより仕事関数が低
下しより高い変換効率が期待できる。これにより、より
量子ノイズの小さな電子源を得ることが出来る。このよ
うに光の吸収係数の大きな物質と仕事関数の小さな物質
を組合せることが量子ノイズの低減に効果的となる。こ
の電子銃を用いて走査型電子顕微鏡を構成した結果、従
来チャージアップや損傷によって観察の困難であった絶
縁体や生体関連試料１９も従来の１／２の短時間（すな
わち少ない電子量）で測定することにより観察が可能と
なった。
【００１１】実施例２
図３に電子銃及び装置の構成を示す。光源は、文献［Ｍ
． Ｃ． Ｔｅｉｃｈ， Ｂ． Ｅ． Ａ．Ｓａｌｅｈ
ａｎｄ Ｊ． Ｐｅｒｉｎａ：Ｊ． Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｓｏｃ． ｏｆ Ａｍ．， ｖｏｌ．Ｂ１，ｐ．３３
６，１９８４］に示されているような、Ｈｇ蒸気を用い
たフランク−ヘルツ型光源７である。これは電子の空間
電荷効果により光子数状態に近い状態を得る光源であり
、５ｅＶ程度のエネルギーを持つ光を得ることが出来る
。この光をＴｉ／Ｏ１６を吸着させたＷ８に照射する。 表面での吸収を促進するために、光は入射角を１°と非
常に浅くした。これにより光から電子への変換効率を約
７０％にまで向上させた。得られた電子４の量子ノイズ
は通常の約１／４であった。
． Ｃ． Ｔｅｉｃｈ， Ｂ． Ｅ． Ａ．Ｓａｌｅｈ
ａｎｄ Ｊ． Ｐｅｒｉｎａ：Ｊ． Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｓｏｃ． ｏｆ Ａｍ．， ｖｏｌ．Ｂ１，ｐ．３３
６，１９８４］に示されているような、Ｈｇ蒸気を用い
たフランク−ヘルツ型光源７である。これは電子の空間
電荷効果により光子数状態に近い状態を得る光源であり
、５ｅＶ程度のエネルギーを持つ光を得ることが出来る
。この光をＴｉ／Ｏ１６を吸着させたＷ８に照射する。 表面での吸収を促進するために、光は入射角を１°と非
常に浅くした。これにより光から電子への変換効率を約
７０％にまで向上させた。得られた電子４の量子ノイズ
は通常の約１／４であった。
【００１２】本実施例ではこの電子銃を用いて電子ビー
ムテスタを構成した。電子のパルス化は光のパルス化に
より行なった。量子ノイズを抑制した電子を用いたため
に従来の５０ｐｓで１ｍＶの分解能を１５ｐｓで１ｍＶ
の分解能にまで向上させることが出来た。これにより、
より高速の現象を測定することが出来る。
ムテスタを構成した。電子のパルス化は光のパルス化に
より行なった。量子ノイズを抑制した電子を用いたため
に従来の５０ｐｓで１ｍＶの分解能を１５ｐｓで１ｍＶ
の分解能にまで向上させることが出来た。これにより、
より高速の現象を測定することが出来る。
【００１３】実施例３
図４に電子銃及び装置の構成を示す。本実施例ではクー
ロンブロッケイド現象を利用して量子ノイズを低減した
。その為に冷却したトンネル接合部（Ｗ／ＳｉＯ２／Ｗ
）１０の先にＷの電界放出型電子源９を設け表面に電場
を加えることにより電子４を取り出した。平均電流量は
抵抗１１で制御している。この結果得られた電子の量子
ノイズは通常の約１／５であった。
ロンブロッケイド現象を利用して量子ノイズを低減した
。その為に冷却したトンネル接合部（Ｗ／ＳｉＯ２／Ｗ
）１０の先にＷの電界放出型電子源９を設け表面に電場
を加えることにより電子４を取り出した。平均電流量は
抵抗１１で制御している。この結果得られた電子の量子
ノイズは通常の約１／５であった。
【００１４】この電子銃を用いて超微細加工用の電子線
描画装置を構成した。１０μＣ／ｃｍ２ のレジストで
０．０１μｍ 角のパターン形成を行なうとレジストへ
の電子照射量は６３個となり、量子ノイズが加工精度に
影響を与えるようになる。このために従来はパターンの
寸法精度が２０％に留まっていた。本実施例では量子ノ
イズを大きく低減しているために５％以下の寸法精度と
なり精度良い微細パターンの形成が可能となった。これ
により量子効果素子等の微細構造素子の製作が容易にな
る。
描画装置を構成した。１０μＣ／ｃｍ２ のレジストで
０．０１μｍ 角のパターン形成を行なうとレジストへ
の電子照射量は６３個となり、量子ノイズが加工精度に
影響を与えるようになる。このために従来はパターンの
寸法精度が２０％に留まっていた。本実施例では量子ノ
イズを大きく低減しているために５％以下の寸法精度と
なり精度良い微細パターンの形成が可能となった。これ
により量子効果素子等の微細構造素子の製作が容易にな
る。
【００１５】
【発明の効果】以上の様に量子ノイズを低減した電子を
用いることにより走査型電子顕微鏡や電子ビームテスタ
更には電子線描画装置などの電子線応用装置の性能を１
段と向上させることが出来る。また量子ノイズを低減し
た電子は本発明による電子銃により得ることが可能であ
る。
用いることにより走査型電子顕微鏡や電子ビームテスタ
更には電子線描画装置などの電子線応用装置の性能を１
段と向上させることが出来る。また量子ノイズを低減し
た電子は本発明による電子銃により得ることが可能であ
る。
【図１】本発明の手段を説明する為の図。
【図２】実施例１で用いた電子銃及び装置の構成図。
【図３】実施例２で用いた電子銃及び装置の構成図。
【図４】実施例３で用いた電子銃及び装置の構成図。
１…光子数−位相スクイーズド光源、２…光子数−位相
スクイーズド光、３…被照射体、４…電子、５…紫外光
レーザー、６…ＧａＰ結晶、７…フランク−ヘルツ型光
源、８…Ｗ、９…Ｗチップ、１０…トンネル接合部、１
１…抵抗、１２…電源、１３…引出し電極、１４…冷却
箱、１５…Ｃｓ、１６…Ｔｉ／Ｏ、１７…冷却箱、１８
…電磁レンズ、１９…試料、２０…偏向器、２１…ステ
ージ、２２…ＬＳＩ、２３…コンデンサレンズ、２４…
ブランキング電極、２５…ブランキングアパーチャー、
２６…Ｓｉウェハ。
スクイーズド光、３…被照射体、４…電子、５…紫外光
レーザー、６…ＧａＰ結晶、７…フランク−ヘルツ型光
源、８…Ｗ、９…Ｗチップ、１０…トンネル接合部、１
１…抵抗、１２…電源、１３…引出し電極、１４…冷却
箱、１５…Ｃｓ、１６…Ｔｉ／Ｏ、１７…冷却箱、１８
…電磁レンズ、１９…試料、２０…偏向器、２１…ステ
ージ、２２…ＬＳＩ、２３…コンデンサレンズ、２４…
ブランキング電極、２５…ブランキングアパーチャー、
２６…Ｓｉウェハ。
Claims (7)
- 【請求項１】電子放出の時刻がその直前に放出された電
子の時刻に依存することを特徴とする電子銃。 - 【請求項２】請求項１に記載の電子銃を用いた電子線応
用装置。 - 【請求項３】非古典的光子状態の光を物質に照射し、そ
れにより励起された電子を電子源とする電子銃。 - 【請求項４】請求項３の非古典的光子状態が光子数−位
相スクイーズド状態であることを特徴とする電子銃およ
び該電子銃を用いた電子線応用装置。 - 【請求項５】クーロンブロッケイド現象により電流を制
御した電子銃。 - 【請求項６】冷却したトンネル接合部を有する電子銃。
- 【請求項７】請求項５および６の電子銃を用いた電子線
応用装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3110132A JPH04337233A (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 電子銃及び電子線応用装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3110132A JPH04337233A (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 電子銃及び電子線応用装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337233A true JPH04337233A (ja) | 1992-11-25 |
Family
ID=14527840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3110132A Pending JPH04337233A (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 電子銃及び電子線応用装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04337233A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8728619B2 (en) | 2010-02-19 | 2014-05-20 | Toyo Boseki Kabushiki Kaisha | Highly functional polyethylene fiber excellent in forming processability |
| WO2015037285A1 (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置および荷電粒子線の計測方法 |
-
1991
- 1991-05-15 JP JP3110132A patent/JPH04337233A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8728619B2 (en) | 2010-02-19 | 2014-05-20 | Toyo Boseki Kabushiki Kaisha | Highly functional polyethylene fiber excellent in forming processability |
| WO2015037285A1 (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置および荷電粒子線の計測方法 |
| JP2015056331A (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置および荷電粒子線の計測方法 |
| US10121634B2 (en) | 2013-09-13 | 2018-11-06 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle beam device and charged particle beam measurement method |
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