JPH07296755A

JPH07296755A - 電子線源およびこれを用いた電子線応用装置

Info

Publication number: JPH07296755A
Application number: JP8817994A
Authority: JP
Inventors: Taku Oshima; 卓大嶋; Katsuhiro Kuroda; 勝広黒田; Hiroyuki Shinada; 博之品田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】基板上に形成した複数の電子放出源から、一
つの電子放出源を高精度に選択可能にする。【構成】基板１０上に形成した複数の電子放出源１９
と、電子放出源の一つに向かって凸型に形成された先端
部と電子線を通過させる開口部を有する引出電極１１
と、電子放出源の一つと引出電極に局部的に電界を印加
する電界印加手段と、基板と引出電極とを相対的に移動
させる移動手段からなる構造とする。【効果】複数の電子放出源から一つの電子放出源を高
精度に選択できるので、一つの電子線のみで動作させる
ＳＥＭや電子線描画装置などの電子線応用装置に複数の
電子放出源を使用できるという効果がある。さらに、寿
命の短い電子放出源でも、長寿命電子線源として使用で
きるという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子線源及び電子線応用
装置に係わり、特に基板上に多数形成した微細な電子線
源を用いた装置に好適な、電子線応用装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、走査型電子顕微鏡や電子線描画装
置、電子線を用いた分析装置等の電子線応用装置では、
電子放出源として電界放出型電子線源や拡散補給型電子
線源等が用いられているが、使用中に電子放出源が劣化
・故障等すると交換するしかなく、多くの時間と労力を
要していた。特に半導体などを用いた高性能の電子放出
源は壊れやすいため、極めて頻繁に交換する必要があり
実用上の障害となっていた。この問題を解決するには、
電子銃内に基板上に多数形成した微小電子線を設けるこ
とが考えられる。

【０００３】基板上に多数形成した微小電子線源を用い
た電子線源の例として、特開昭５９−１６２５５号公報
に記載された電子銃がある。この電子銃の構造は、図２
（ａ）に示すように、微小電子線源１と第１の引出電極
２と第２の引出電極３とを有する構造からなり、第１の
引出電極２と第２の引出電極３との間に偏向板４を設
け、この偏向板４に外部からの電気信号を印加すること
により、偏向板４のオンオフを切り替え、任意の微小電
子線源１を選択し、電子線を外部に放出している。

【０００４】また、特開平５−２７５３２２号公報に記
載された電子線源は、図２（ｂ）に示すように、微小電
子線源５と引出電極６とを一体に形成した第１構造部
と、レンズ系からなる第２構造部とを有し、第１構造部
と第２構造部が分離され、駆動手段７、８により相対的
に移動させる構造となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭５９−１６
２５５号公報と特開平５−２７５３２２号公報では、微
小電子線源と引出電極が一体となって動作しているの
で、多数の微小電子線源から電子線が常に放出されるこ
ととなり、電子線源の長時間使用による劣化をさけるこ
とができず、電子線源の寿命は、１本の電子線源の寿命
と同じとなり、短時間で電子線源そのものを交換しなけ
ればならないという問題があった。

【０００６】また、特開平５−２７５３２２号公報にお
いては、第１構造部と第２構造部とを分離し、相対的に
移動させ、任意の電子線源を選択しているが、微小電子
線源の先端曲率のばらつきおよび第１構造部と第２構造
部との相対位置のばらつき等により、強度、方向ともに
所望の電子線を得ることが困難であるという問題があっ
た。

【０００７】さらに、上記の電子線源を走査型電子顕微
鏡（ＳＥＭ）等の電子線応用装置に用いる場合、アパー
チャー等により所望の特性の電子線のみを取り出して使
うが、微小電子線源先端と引出電極の穴との距離は１ミ
クロン程度以下と近いため、電子線が広がりかつ電子線
放射方向のばらつきが生じるので、他の微小電子線源か
ら放出された電子線も入り込み易く、電子線を電子レン
ズによって十分小さな焦点に結ぶことは困難であるとい
う問題があった。

【０００８】本発明の目的は、寿命が長く、かつ安定し
た電子線を放出する電子線源および上記電子線源を用い
た電子線応用装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に基板上に微小電子線源を多数設けるとともに、引出電
極は基板表面上の目的とする微小電子線源に局部的に電
界がかかるように微小電子線源に向かって凸型をした先
端部と、その先端部の中に電子線を通す開口部を持ち、
かつ引出電極と微小電子線源を多数設けた基板との相対
位置を可動とした構造にする。

【００１０】

【作用】電界放射型等の電子放出源からの放出電流は先
端付近の電界強度に強く依存する事は良く知られてい
る。凸型をした先端部分を持つ電子引き出し電極を近付
けた場合、図３（ａ）に等電位線で示されるように、引
出電極の先端近傍の微小電子線源に選択的に強い電界が
かかり、この電界強度を印加電圧により調節すれば所望
の強度の電子線が引き出し電極の穴を通して得られる。
このとき他の微小電子線源からの放出電流はほとんどな
いため、電子レンズによって微小な点に収束させること
ができる。また、電子線の放出方向を調節するには、微
小電子線源の乗った基板と平行方向にこの基板もしく
は、引出電極を移動させれば、図３（ａ）の等電位線が
傾き、これにより加速される電子線の方向を変えること
ができる。また、微小電子線源の先端形状や表面状態が
悪く、十分な強度の電子線が得られない場合は基板と平
行方向の移動量をさらに大きくし電子放出特性の良い微
小電子線源を選んで用いることができる。

【００１１】また、長時間の使用中でも他の微小電子線
源は動作していないため、ガスや異物等による異常放
電,や吸着物或いは温度上昇などにより微小電子線源が
劣化した場合でも、電子引き出し電極との相対位置を移
動させれば、劣化していない微小電子線源を使うことが
できる。このため、微小電子線源の乗った基板を交換す
ることなしに装置を長時間使用することができる。この
結果、壊れやすいため極めて頻繁に交換する必要がある
半導体などを用いた高性能の電子線源を電子線応用装置
に用いることができる。さらに、微小電子線源の製作工
程による特性のばらつきが生じても、多数の微小電子線
源の中から、特性の良いものを選び出して使用すること
ができる。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）図１に本発明の実施例の１つを示す。ｎ＋
型ＧａＡｓ（１１１）Ｂ面基板１０上にコーン型の電子
放出源１９が格子状に形成され、基板１０は、裏面にオ
ーミックコンタクト用のＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ−Ｗ合金の被
膜があり、カソード支持筒１２上に金の薄膜を挟み加熱
によって接着されている。カソード支持筒１２は、ベロ
ーズシール１４された平行移動ステージ１３に固定さ
れ、電子銃筒１５の内部が真空でも、外部の大気中から
ｘ方向への移動を可能にしている。また、カソード支持
筒１２内部にはヒーター１６が置かれ、ＧａＡｓ電子放
出源１９を５００℃から６００℃に加熱して表面を清浄
化することができる。一方、電子引き出し電極１１はア
ノード支持筒１７に固定され、凸部が電子放出源１９に
近接するようになっている。

【００１３】電子放出源１９は、図４（ａ）に示される
ようにコーン型のｎ＋型ＧａＡｓ４０上に、ＭＢＥ（分
子線エピタキシー）法によって１．４ｎｍのＡｌＡｓ層
４１と７ｎｍのＧａＡｓ層４２を単結晶成長したもの
で、電界をかけたときの電子に対するポテンシャルは図
４ｂの様に、ＧａＡｓ層４２の量子井戸がＡｌＡｓ障壁
層４１と真空準位による障壁層４３の２つの障壁で挟ま
れた状態となる。この結果、ＧａＡｓ層４２の量子井戸
内の量子準位に一致したエネルギーのみの電子が極めて
高い確率で放出される、いわゆる共鳴トンネル効果によ
り、室温で３０ｍｅＶ程度と極めてエネルギー幅の狭い
極単色の電子線が得られるものである。

【００１４】しかし、ＧａＡｓは電子放出中に変形やＡ
ｌＡｓとの混じり合い等を起こし、得られる電子線特性
が劣化してくる。この場合本発明を用いることによっ
て、平行移動ステージにより基板を移動させて別の電子
放出源を用いることができるため、基板を交換すること
無しに、つねに高品質の電子線を得ることができる。ま
た、作成方法のばらつき等によって、選択された電子放
出源１９の放出特性が悪い場合、他の特性の良い電子放
出源１９を選んで用いることができる。

【００１５】なお、特定の電子放出源からのみ電子を取
り出すために、図３（ａ）に示されるような電界分布を
形成しており、このための条件としては、電子引き出し
電極１１の凸型先端部の幅ｌは、基板表面上の目的とす
る電子放出源１９と近接する他の電子放出源１９との距
離Ｌの２倍と同程度かそれ以下であり、電子引き出し電
極１１の凸型先端部と電子放出源１９との距離Ｈは前記
距離Ｌの５倍以下であり、電子線引き出し方向と前記引
き出し電極１１の凸型先端部から基部に向かった稜線と
のなす角θは２０度以上７０度以下であることが望まし
い。また、電子放出源１９の基板からの高さｈは、引出
電極１１の開口部の幅ｋの１０分の１よりも大きく、特
にｈ＞ｋが好適であり、電圧印加により電子放出源先端
付近に電界集中する構造となっていることが望ましい。

【００１６】以上の条件で、電圧を印加しつつ基板を電
子線引き出し方向と垂直なｘ方向に動かすと、図３
（ｂ）のように電子放出源上の最適位置のところで電子
線強度のピークが現れる。実際の応用では放出電流を測
定しながらｘ方向に動かし、そのピーク位置によって最
適位置を決定することができる。

【００１７】本実施例によれば、基板上に多数形成され
た電子放出源を一つ一つ選択して電子線を引き出すこと
ができるため、寿命の短い電子放出源や特性にばらつき
のある電子放出源があっても、長時間にわたり安定した
電子線が得られるという利点がある。

【００１８】なお、本実施例においては、基板の移動方
向は電子線引き出し方向と垂直なｘ方向のみであるが、
平行移動ステージを２軸のｘ−ｙステージにすると、２
次元に配列した電子放出源の中から選択でき、かつ最適
位置もより好条件を選ぶことができよりいっそう効果的
である。また、図３にあるように、電子引き出し電極１
１の凸型先端部と電子放出源１９との距離Ｈを最適化す
るために電子線引き出し方向；ｚに移動させる機構があ
れば一層効果がある。

【００１９】本実施例においては、電子放出源を単色電
子源とし、その例としてＧａＡｓ／ＡｌＡｓヘテロ構造
系を用いたが、共鳴トンネル効果が得られる物であれ
ば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ等他のヘテロ構造を用
いても同様の効果がある。

【００２０】また、本実施例においては、電子放出源と
して単色電子源を用いたが、エネルギーの単色化よりも
高電流密度が必要な場合には、コーン型のＷ等の高融点
金属を材料として用いれば、大電流で長寿命の電子線装
置が得られる。さらに、電子放出源として、コーン型の
Ｗ，Ｍｏ等の高融点金属の単結晶或いは多結晶体の表面
にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，Ｎｂ，Ｔｈ，Ｍｇ等の電気陰
性度が小さい金属元素のうちの少なくとも一つと酸素を
同時或いは別々に１４００Ｋから２０００Ｋの温度に加
熱して表面拡散により補給する、拡散補給型電子線源を
用いると、より一層大電流で長寿命の電子線装置が得ら
れる。

【００２１】本実施例においては、真空中の基板の移動
用に、ベローズシール式の移動ステージを用いたが、こ
のほかにも、回転導入器、直線導入器或いは、磁気カッ
プリング式の移動機構等を用いても、基板を移動させる
ことができる物であれば、同様の効果がある。

【００２２】本実施例においては、真空容器の外から動
力を伝えて基板を移動させる機構を用いたが、図５
（ａ）に示すように圧電素子などを用いて外部の電気信
号により基板を移動させる機構を用いると、図５（ｂ）
のようによりコンパクトな装置で同様の効果が得られ
る。電子放出源の乗った基板は基板支持台５０に固定さ
れ、基板支持台５０は一対のｘ方向移動用圧電素子５１
と一対のｙ方向移動用圧電素子５２によりハウジング５
４に固定されている（図５ａ，ｂ）。一対の圧電素子の
一方を必要量伸ばし、もう一方を必要量縮ませるように
外部からの電気信号で制御することによって容易に電子
放出源を移動させることができる。電子放出源の移動量
を大きくして用いる場合、もう一方の移動用圧電素子の
剪断変形が問題となる。その場合は図５（ｃ）に示すよ
うにｘ方向移動用圧電素子５１をフレーム５５に固定
し、このフレーム５５をｙ方向移動用圧電素子５２によ
りハウジング５４に固定すれば良い。なお、この場合、
図５（ｃ）の様に一対のｙ方向移動用圧電素子５２を同
一軸からはずして固定すれば、一対のｙ方向移動用圧電
素子５２を同時に伸び縮みさせることにより、支持台５
０の回転方向を調整することができる。

【００２３】（実施例２）図６に本発明の実施例の１つ
を示す。ｐ＋型ＧａＡｓ６０上に１０ｎｍのＧａＡｓ層
６１のある基板を用い、５ｎｍのＳｉＯ₂絶縁膜６３で
被覆し、この絶縁膜６３に直径１μｍ程度の穴を開け、
その上にＣｓ吸着層６２を形成し、電子放出源６４とす
る。この構造は負の電子親和力を示すことで知られてお
り、裏面から入射した基板の禁制帯幅以上のエネルギー
の光６５によりｐ＋型ＧａＡｓ６０内の価電子帯の電子
が伝導帯に励起され、このときの電子エネルギーは、す
でに真空準位よりも高いため、ＧａＡｓ層６１との電位
差により加速された電子が真空中に飛び出してくる（図
６ｃ）。この電子放出源６４のうちの一つに電子引き出
し電極１１を近付け局部的に電界を加えることにより、
一つの電子引き出し電極１１からのみ電子線を引き出す
ことができる（図６ｂ）。この電子線は小さな円から放
出された物であるので電子レンズにより容易に焦点を結
ぶことができる。ここで光源として極短パルスレーザー
を用いると、それにより発生する電子線も極短パルスの
物が得られる。従って、本発明を用いることにより、局
所的に、高時間分解能の電子線を用いた測定が行える。
また、通常の電子線は電子のスピンが上向きと下向き同
量含んでいるが、ＧａＡｓ中に円偏光した光を入射する
とスピンの比率が約７対３と偏るため、本発明を用いる
ことにより、スピンが偏極した電子ビームを小さなスポ
ットに絞ることができる。この電子線は個体中の電子の
スピンの向きに対して選択的に相互作用するため、磁性
体などの中のスピンの構造の局所観察が可能となる。

【００２４】本実施例においては電子放出源は直径１μ
ｍ程度としたが、さらに小さな物を用いれば、より小さ
な焦点が得られるため、より微細構造の観察に便利であ
る。

【００２５】本実施例においては電子放出源は平面であ
るが、実施例１で示したように、コーン型のような凸部
を形成しても同様の効果が得られる。

【００２６】また、本実施例においては負の電子親和力
を示す材料の組み合わせとして、ＧａＡｓとＣｓを用い
たが、直接遷移型の半導体と仕事関数の低い吸着層の組
み合わせであれば、同様の効果が得られる。仕事関数の
低い吸着層としては、Ｃｓの他にＣｓＯやＢａ，Ｃａ等
の二価金属の酸化物を用いても良い。

【００２７】（実施例３）図７に本発明の実施例の１つ
を示す。電解エッチングにより先端を尖らせた＜３１０
＞方位の単結晶Ｗ針７０が、複数Ｗワイヤ７１に溶接に
より固定され、これが碍子台７３上のピン７２に固定さ
れている（図７ａ）。単結晶Ｗ針７０のうちの一本が引
き出し電極１１に近接するように碍子台７３の位置を移
動し、高真空中で引き出し電極１１に対して−数百Ｖか
ら−１ｋＶ程度の電圧をＷワイヤ７１にかけると引き出
し電極１１に近接した単結晶Ｗ針７０のみから電子線が
放出される。高電流密度，長時間の電子放出を行うと、
単結晶Ｗ針７０が劣化し、電流密度の減少，ノイズの増
加等が起きてくる。その場合は、碍子台７３を移動し他
の未使用の単結晶Ｗ針７０を使用することができる。従
って、ＳＥＭや透過電子顕微鏡等の分析，計測装置や、
電子線描画装置の様な半導体製造装置等の電子ビーム応
用装置の電子線源として本発明を応用することにより、
長期にわたり電子放出源の交換の必要がなく使い勝手の
良い装置を提供することができる。

【００２８】なお、本実施例において単結晶Ｗ針７０表
面に吸着層ができて放出電流が減少する場合にはＷワイ
ヤ７１に通電し、単結晶Ｗ針７０を短時間加熱して吸着
層を蒸発させ放出電流量を回復させている。これを長期
間繰り返し行うと、単結晶Ｗ針７０先端の曲率半径が大
きくなり放出電流が小さくなる、或いは単結晶Ｗ針７０
が変形し、電子線の放出角度が変わる等の問題が出てく
ることがある。これを解決するには図７（ｂ）に示すよ
うに碍子台７３上に多数のピン７２を設け、その上に単
結晶Ｗ針７０一本につき一本のＷワイヤ７１を溶接す
る。碍子台７３裏面に引き出し電極１１と同軸上に固定
したフラッシングピンにより、電子放出する単結晶Ｗ針
７０のみ加熱すれば、さらに長期間電子線源の交換無し
に装置を稼働させることができる。

【００２９】本実施例においては電子放出源の例とし
て、電界放射型の電子線源を用いたが、さらに電流量の
必要な場合は、＜１００＞方位の単結晶Ｗ針に仕事関数
の低いＺｒＯ₂やＴｉＯ₂やＨｆＯ₂等を主成分とする酸
化物を拡散させ、１０００℃〜１６００℃程度に加熱し
て用いると良い。

【００３０】（実施例４）図６に本発明の実施例の１つ
を示す。ＧａＡｓ等の単結晶基板８１表面に単原子層の
数分の１以下の金を蒸着し、この基板８１を反応容器中
にいれ、４００℃〜５００℃に加熱し、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）とアルシン（ＡｓＨ３）をそれぞれ流量
１０の−４乗モル／秒程度導入すると、金の吸着層があ
る部分にのみ数百ｎｍの長さのＧａＡｓの針状結晶８２
が得られる。この表面に電子引き出し電極１１を近接さ
せ、電圧をかけることにより、電子放出が得られる。一
本の針状結晶８２は細く十分な電流をとることは難しい
が、電子引き出し電極１１凸部の穴付近の複数本の針状
結晶８２から電子を引き出すことができる（図８）。ま
た基板８１上の場所により放電が安定しない、或いは電
流がとれない、針状結晶８２がすぐに壊れる等の問題が
ある場合にも、基板８１もしくは電子引き出し電極１１
を移動させ、別の針状結晶８２のグループを選択すれ
ば、解決される。

【００３１】本実施例においては針状結晶の例として、
ＧａＡｓを用いたが、同様の形状であれば、Ｗ，Ｍｏ等
の金属或いは他のＡｌＡｓ，Ｇｅ等の半導体、或いはこ
れらの組み合わせによるヘテロ構造を用いた針状結晶を
用いても同様の効果がある。

【００３２】（実施例５）本発明の電子源を装置に応用
した一実施例を図９に示す。

【００３３】電子引き出し電極１１と電子放出源の乗っ
た基板支持台５０に印加された電圧Ｖ₁（約２．５ｋ
Ｖ）により、電子放出源から電子線が放出される。次に
加速電極５３に電圧Ｖ₂（＝１００Ｖ）を印加し、所望
の加速電圧の電子線を得る。加速電極５３を通過した電
子線はコンデンサレンズ９４や絞り９０及び対物レンズ
９５により細く絞られて、試料９７を照射する。このと
き発生する２次電子２次電子検出器９８で検出し、その
検出信号強度を、電子線を試料９７の表面上で２次元的
に走査する偏向器９６の偏向信号と同期してＣＲＴ上に
表示すれば、ＳＥＭ像が得られる。

【００３４】本実施例においては、一つの電子放出源か
ら選択的に電子を放出させるために、圧電素子５１を用
いて基板支持台５０を移動させる。これにより、一つの
電子放出源が劣化しても別の電子放出源を使うことがで
き、長期間に渡り電子線源の交換無しに用いることがで
きる。また本実施例においては、絞り９０に当たる電子
線量を微動センスアンプ９２でモニタし、圧電素子ドラ
イバ９３により基板支持台５０を微動させ電子線量が最
大となる場所を探すという方法で、自動的に電子引き出
し電極１１と基板支持台５０との位置の最適化を行って
いる。このため、電子放出源の交換が短時間でかつ容易
に行えるという利点がある。

【００３５】以上、本電子源の一利用装置例を示した。
本実施例において、レンズや偏向器の数や配置は本実施
例に限らず、本発明を実施できることはいうまでもな
い。

【００３６】また、本実施例において走査電子顕微鏡を
例にとり、本発明の有効性を示したが、この電子線源を
半導体生産工程で用いられている電子線描画装置に応用
しても有用である。電子線描画法においては、高速で描
画するために電子線源の放射角電流密度にして約１ｍＡ
／ｓｒ程度の大電流密度を必要としており、電子線源の
不安定化や劣化を招くという問題があった。本発明によ
る電子線源を用いれば、多数の電子放出源を一つずつ使
用することができるため、この問題は、容易に解決され
る。

【００３７】

【発明の効果】以上実施例を用いて説明して来たよう
に、本発明を用いることによって、基板上に形成した電
子放出源から、高品質の電子線を得ることができる。ま
た、電子放出源の乗った基板を交換することなしに装置
を長時間使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の構造を示す図（ａ）と電子
放出源付近の拡大図（ｂ）。

【図２】従来の電子線装置の模式図。

【図３】本発明の実施例１の原理を示す図（ａ）と電子
線強度と移動距離の関係図（ｂ）と各部の寸法の説明図
（ｃ）。

【図４】本発明の実施例１の電子放出源付近の断面構造
を示す図（ａ）とその電子エネルギー図（ｂ）。

【図５】本発明の実施例１の圧電素子による移動機構の
概略図（ａ）と装置の断面模式図（ｂ）とより移動量の
大きい機構図（ｃ）。

【図６】本発明の実施例２の電子放出源の平面図（ａ）
と装置断面模式図（ｂ）と電子エネルギー図（ｃ）。

【図７】本発明の実施例３の装置の模式図（ａ）
（ｂ）。

【図８】本発明の実施例４の装置の模式図。

【図９】本発明の実施例５の装置の模式図。

【符号の説明】

１…微小電子線源、２…引出電極、３…引出電極、４…
偏向板、５…微小電子線源、６…引出電極、７…駆動手
段、８…駆動手段、１０…電子放出源の乗った基板、１
１…電子引き出し電極、１２…カソード支持筒、１３…
平行移動装置、１４…ベローズ、１５…電子装置容器、
１６…ヒーター、１７…アノード支持筒、１８…真空容
器、１９…電子放出源、２０…Ｓｉ基板、２１…Ｗのコ
ーン型エミッタ、２２…引き出し電極、２３…絶縁膜、
２４…放出される電子線、４０…ｎ＋ＧａＡｓ基板、４
１…ＡｌＡｓ障壁層、４２…ＧａＡｓ量子井戸層、４３
…真空準位による障壁層、５０…基板支持台、５１…ｘ
方向移動用圧電素子、５２…ｙ方向移動用圧電素子、５
３…加速電極、５４…ハウジング、５５…フレーム、６
０…ｐ＋ＧａＡｓ基板、６１…ＧａＡｓ層、６２…Ｃｓ
吸着層、６３…絶縁膜、６４…電子放出源、６５…光、
７０…単結晶Ｗ針、７１…Ｗワイヤ、７２…ピン、７３
…碍子台、７４…フラッシングピン、８１…基板、８２
…針状結晶、９０…絞り、９２…微動センスアンプ、９
３…圧電素子ドライバ、９４…コンデンサレンズ、９５
…電磁レンズ、９６…偏向器、９７…試料、９８…二次
電子検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された複数の電子放出源と、
上記電子放出源の一つに向かって凸型に形成された先端
部を有し、かつ電子線を通過させる開口部を有する引出
電極と、上記電子放出源が形成された基板と上記引出電
極との間で相対位置を移動させる移動手段とからなるこ
とを特徴とする電子線源。
【請求項２】上記電子放出源の一つと上記引出電極に局
部的に電界を印加する手段を有することを特徴とする請
求項１に記載の電子線源。
【請求項３】基板上に形成された微細構造からなる電子
放出源と、上記電子放出源に向かって凸型に形成された
先端部を有し、かつ電子線を通過させる開口部を有する
引出電極と、上記電子放出源が形成された基板と上記引
出電極との間で相対位置を移動させる移動手段とからな
ることを特徴とする電子線源。
【請求項４】上記電子放出源の一部と上記引出電極に電
界を印加する手段を有することを特徴とする請求項３に
記載の電子線源。
【請求項５】上記移動手段は、上記電子放出源が形成さ
れた基板と上記引出電極とを電子線引出方向と垂直な方
向に相対的に移動させる構造からなることを特徴とする
請求項１から４に記載の電子線源。
【請求項６】上記移動手段は、ベローズシールあるいは
磁気カップリング等の直線式移動手段、または回転導入
器等の回転式移動手段、または圧電素子等からなること
を特徴とする請求項５に記載の電子線源。
【請求項７】上記引出電極の凸型先端部の幅ｌ（エル）
は、基板表面上の目的とする電子放出源と近接する他の
電子放出源との距離Ｌの１．５倍と同程度かそれ以下、
上記引出電極の凸型先端部と電子放出源との距離Ｈは前
記距離Ｌの５倍以下、上記電子線引出方向と前記引き出
し電極の凸型先端部から基部に向かった稜線とのなす角
θは２０度以上７０度以下の構造からなることを特徴と
する請求項１から５のいずれか記載の電子線源。
【請求項８】上記電子放出源が形成された基板の近傍
に、上記電子放出源を加熱する加熱手段を有することを
特徴とする請求項１から４に記載の電子線源。
【請求項９】上記電子放出源は、針状に形成された先端
部を有し、上記電子放出源は基板の表面から前記先端部
までの高さｈが上記開口部の幅ｋの１０分の１よりも大
きく、特にｈ＞ｋを好適とし、かつ先端付近に電界集中
する構造からなることを特徴とする請求項１から４に記
載の電子線源。
【請求項１０】上記電子放出源の先端部は、電子に対す
る障壁層と量子井戸層及び高電界で形成された真空準位
による二重障壁層を有し、上記二重障壁層が共鳴トンネ
ル効果を得る構造からなることを特徴とする請求項９に
記載の電子線源。
【請求項１１】上記電子放出源及びその基板を構成する
材料の一部或いは全部が単結晶ＧａＡｓ等の半導体材料
からなり、上記電子放出源の表面にＣｓ或いはＣｓ酸化
物等の仕事関数の低い材料の薄膜の被覆を有し、前記半
導体材料にそのバンドギャップより高いエネルギーの光
を照射する機構を備えたことを特徴とする請求項１から
１０のいずれか記載の電子線源。
【請求項１２】上記電子放出源は、Ｗ等の高融点金属の
単結晶針からなり、上記単結晶針はＷ等の高融点金属の
針金を介して絶縁体の基体に備え付けられていることを
特徴とする請求項１から１１のいずれか記載の電子線
源。
【請求項１３】上記電子放出源は、結晶体あるいは多結
晶体の基体上に気相成長法等により形成された複数の針
状結晶であることを特徴とする請求項１から１１のいず
れか記載の電子線源。
【請求項１４】上記電子放出源は、Ｗ，Ｍｏ等の高融点
金属の単結晶もしくは多結晶体を含み、その金属の表面
にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，Ｎｂ，Ｔｈ，Ｍｇ等の電気陰
性度が小さい金属元素のうちの少なくとも一つと酸素を
同時或いは別々に１４００Ｋから２０００Ｋの温度に加
熱して表面拡散により補給する、拡散補給型電子線源で
あること特徴とする請求項１から１３のいづれか記載の
電子線源。
【請求項１５】請求項１から１４のいづれか記載の電子
源を用いたことを特徴とする分析、計測装置あるいは電
子線描画装置などの電子線応用装置。
【請求項１６】請求項１５の電子線応用装置において、
電子線源から放出された電子線経路中に置かれた電子線
量を計測する手段と電子放出源と電子引き出し電極との
相対位置を電気信号により移動させる手段と計測された
電子線量の大きさに基づいて電気信号を発生させる手段
とを持ち、既電子線量を電子放出源と電子引き出し電極
との相対位置にフィードバックさせること特徴とする電
子線応用装置。