JPS63269072A - 電子放出素子特性測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子放出素子、特に複数の電子放出部をもつ電
子放出素子の特性を測定する場合に好適な、電子放出素
子特性測定装置に関する。

［従来技術］ 電子放出素子に関しては、既に、特開昭５４−１１１２
７２号公報において、アバランシェ増倍作用により電子
を発生させ半導体表面から飛び出させる形式のものが、
その製造方法およびその応用装置とともに開示されてい
る。また、複数の電子放出部をもつ電子放出素子につい
ても上記公報に開示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、これらの電子放出素子の放出電流を測定する装
置、特に動作中に測定する装置がなかった。このため、
ディスプレイ等に応用したときは目視により判断するこ
とはできるが、半導体露光装置に応用した場合は電子放
出素子に不良が発生しても検知できなかった。結局この
不良は製品検査の工程において発見されるわけであるが
、それでは遅すぎる。そして、その間に失われた時間や
不良品は膨大なものとなる。

本発明は、上記問題点を解決するため、電子放出素子の
放出電流を測定する装置特に複数の電子放出部をもつ電
子放出素子の放出電流を動作中に測定する電子放出素子
特性測定装置を提供することを目的とする。

すなわち、例えば半導体露光装置に応用したとき電子放
出素子の動作が不良となればこれを直ちに検出し不良品
の発生を防止することができるような、電子放出素子特
性測定装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用コ上記目的を
達成するため本発明の電子放出素子特性測定装置は、電
子放出素子を所定周波数の電子流を放出するように駆動
させてこれにより放出された電子流を収集し、そこから
上記所定周波数成分による信号のみを抽出しこれに基づ
き電子放出素子の特性を表示あるいは出力するようにし
ている。

このような本発明は、特に複数の電子放出部を有する電
子放出素子に用いた場合便利なもので、この場合、相互
に異なる周波数で各電子放出部から電子流を放出させ、
該異なる周波数毎に信号成分を抽出することにより、各
電子放出素子の特性を得ることができる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る電子放出素子特性測定
装置を電子放出素子に組み合せたときの全体構成図であ
る。同図において、１は測定対象である電子放出素子で
おり、電子放出部Ｌ−１，１−２゜・・・、１−ｎをも
っている。２は電子放出素子１を駆動する駆動装置であ
り、電子放出部１−１．１−２．・・・、　ｌ−ｎに対
応して発振周波数ｆｌ、ｆ２＋・・・、ｆｎの発振源を
もっている。３は電子放出素子１より放出された電子を
収集する収集装置である。電子放出部１−１゜１−２．
・・・、１−ｎより放出された電子ｅは収集装置３に一
括して集められる。収集装置３は、例えば本電子放出素
子をウェハ露光用の電子ビーム装置に使用した場合には
、ウェハ保持用のチャックのウェハとの接触部に、保持
されたウェハと電気的に接するように設けられた電極で
ある。この場合電極は各電子放出部よりウェハに露光さ
れた電子を、クエへを介して収集する。このようにすれ
ば、ウェハ露先に使用している間も、後述する装置によ
り各電子放出部の特性をモニタする事が可能である。６
は電子放出素子１の表面と収集装置３との間に電界を発
生させ電子ｅの加速を行なう高圧電源である。この電圧
は使用目的や電子放出素子１と収集装置３との距離によ
り異なるが、通常数１００Ｖから数ＫＶの間に設定され
る。４は収集装置３で集められた電子ｅの中から各電子
放出部ｌ−１゜１−２．・・・、１−ｎより放出され電
子流に対応する信号を分離・選択する選択装置である。

選択装置４は選択周波数の異なる選択部４−１．４−２
．・・・、４−ｎより構成されている。選択部４−１．
４−２．・・−，４−ｎの周波数特性はそれぞれ駆動装
置２の発振源２−１．２−２　、・・・、２−ｎの発振
周波数成分のみを選択通過させる。５は選択装置４の出
力を表示する表示装置である。

この構成において、電子放出素子１の電子放出部１−１
．１−２．・・・、１−ｎをそれぞれ異った発振周波数
ｆｌ＋ｆ２＋・・・＋ｆｎの発振源をもつ駆動装置２に
より駆動してそれぞれからｆ、、ｆ２．・・・＋ｆｎの
周波数の電子流を放出させ、この電子流を収集装置３に
集めてから選択装置４の選択部４−１．４−２．・・・
、４−ｎにより上記発振周波数毎に選択し、これら各選
択部の出力を表示装置５に表示することにより、各電子
放出部１−１．１−２．・・−，１−ｎの放出状態を同
時にかつ分離して測定することができる。この場合、収
集装置３は各電子放出部１−１．１−２．・・・、１−
ｎに対して共通であるため、収集装置３が測定値に与え
る影響は無視することができる。また、駆動装置２、選
択装置４および表示装置５を予め較正しておけば、相対
値と共に絶対値を読み取ることも可能である。

第２図は駆動装置２の発振源２−１．２−２　、・・・
、２−ｎの発振周波数ｆ、、ｆ、、・・・＋ｆｎと選択
装置４の選択部４−１．４−２．・・・、４−ｎの周波
数特性との関係を示すグラフである。同図のように、ｆ
ｌ、ｆ２＋・・・、ｆｎは相異なる周波数であるが、こ
れらに対応する各選択部４−１．４−２．・・・、４−
ｎで分離・選択できるように相互の周波数差を設定する
ことが必要である。

このとき、各部の非線形ひずみによる誤差を回避するた
め、ｆＩｒｆ２．・・・、ｆｎは倍数関係に無いことが
望ましい。実施上の点からは、周波数ｆ、、ｆ２゜・・
・、ｆｎは可聴周波数くらい、すなわち数１００）ＩＺ
から数１０Ｋ）ｌｚが製作しやすい。また、選択装置４
の通過帯域の特性は、発振周波数ｆ１．ｆ、、・・−、
ｆｎの変化が測定値に影響しないようできるだけフラッ
トであることが望ましい。

第３図は第１図の全体構成図の中の電子放出部ｌ−１、
駆動装置２−１、選択装置４−１、表示装置５−１をよ
り詳細に示した回路図である。同図において、電子放出
部１−１はｐｎ構造をもつアバランシェ型電子放出部で
、逆バイアスされたｎ形層の表面より電子ｅを放出する
。　２−１−１は電子放出部１−１の駆動電流を制御す
るスイッチである。すなわちスイッチ２−１−１がオン
のときは電子放出部１−１の表面より電子ｅが放出され
、収集装置３にて収集される。スイッチ２−１１がオフ
のときは電子ｅは放出されない。２−１−２は電子放出
部１−１の動作点を決定する低圧電源であって、通常１
０Ｖ〜１００Ｖ程度に設定される。２−１−３は周波数
ｆ、で発振する発振源であって、その振巾と周波数は可
変であり最適値に設定することができる。２−１−４は
発振源２−１−３の出力を電子放出部１−１に印加する
か否かを選択するスイッチであり、本発明に基いて測定
を行なうときはオンしなければならない。２−１−５は
発振源２−１−３の出力を低圧電源２−１−２に重畳さ
せる入カドランスであり、低圧電源２−１−２と接続さ
れる巻線の直流抵抗は電子放出部１−１に対して十分低
いことが望ましい。７は収集装置３に収集された電子流
の中から周波数ｆ１゜ｆ２．・・・、ｆｎ成分を取り出
す出カドランスである。

第４図は発振源２−１−３の具体例を示す回路図である
。同図において、Ａ１１　Ａ２はオペアンプ、ＤＩ、Ｄ
２はダイオード、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３。

Ｒ４，Ｒ，、Ｒ，は抵抗器、ＣＩ　、Ｃ２はコンデンサ
である。抵抗器ＲＩ　＊　Ｒ８は各々周波数および振巾
を調整できるように可変とする。この回路において発振
周波数ｆは下式で決定される。

例えばＲ１−Ｒｚ−１０にΩ、Ｃ、−Ｃ、−０，０Ｌμ
Ｆとすれば、ｆ　Ｊ＝！ｒ１．５９ＫＨｚとなる。

本回路の設計については、“［（ＡＮＤ　ＢＯＯＫ　０
ＦＯＰＥＲＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＭＰＬＩＦＩＥＲＣＩＲ
ＣＵＩＴ　ＤＥＳＩＧＮ　”　１９７３ＭｃＧｒａｗ−
Ｈｉｌｌの第２１章に詳しく述べられている。

第５図は第１図の電子放出素子１の任意の電子放出部を
駆動装置２によって駆動したときの駆動電圧とその電子
放出部から放出される電流との関係を示すグラフである
。

同図において、５１は電子放出特性曲線であり、駆動電
圧がスレッショルド電圧Ｖｔｈ以下のとき放出電流は実
質的に０でありＶｔｈを超えると直線的に増加している
０曲線５２Ａは振巾Ａの正弦波（ＡｓＬｎ２πｆ、ｔ）
を直流電圧ｖ０に重畳して印加した状態を示すｅＶｏは
Ｖｔｈより大でありかつ振巾Ａは２Ａ＜Ｖａ−Ｖｔｈの
式を満足する。また、上記振巾Ａの正弦波と直流電圧ｖ
０はそれぞれ第３図の発振源２−１−３と低圧電源２−
１−２より供給される。５３Ａは駆動電圧が曲線５２Ａ
に従って変化したときの放出電流を示す。このとき、放
出電流５３Ａの変化は、駆動電圧５２Ａの変化に対応し
電子放出特性曲線５１の勾配に比例する。放出電流５３
Ａを選択装置４に通せばこの変化分を取り出すことがで
き、これより電子放出特性曲線５１の勾配を測定するこ
とができる。

５２Ｂおよび５３Ｂはそれぞれ振巾Ｂの正弦波（Ｂｓｆ
ｎ　２πｆｚｔ）を直流電圧Ｖｔｈに重畳させた場合の
駆動電圧およびこのときの放出電流を示す。放出電流５
３Ｂは基本波成分以外に奇数次高調波を含んでいる。従
ってこのように動作点を設定したときは各発振周波数ｆ
ｌ＋ｆ２＋・・・、１１間の関係が奇数倍にならないよ
うに設定しなければならない。

第６図は本発明の他の実施例に係る電子放出素子特性測
定装置の構成を示す部分図である。この図に表現されて
いない部分は第１図と同じである。

同図において、８は積分装置であって、選択装置４と表
示装置５の中間に構成され選択装置４の出力を時間積分
してその積分値を出力する。この積分装置８はオペアン
プを用いて容易に実現できる。このように積分装置８を
付加することにより、電子放出素子の放出電流を積分値
として測定することができる。これは電子放出素子を半
導体露光装置に応用したときの使用状態に近い。すなわ
ちここで得られた積分値は電子線レジストに与えられた
電荷量に等しいから、この積分量の測定により電子線レ
ジストの露光状況をモニタリングできる。そして、この
積分量と予め設定した値とを比較することにより露光量
を最適化することが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によって放出電流を測定す
ることより以下の効果を奏する。

（１）電子放出素子の不良を即時に検出でき、不良品の
発生を防止できる。

（２）電子放出素子の電子放出素子のばらつきを予め測
定しておくことができ、動作点を最適に設定することに
より放出電流のばらつきを最小にできる。

（３）放出電流の積分量を測定することにより、半導体
露光装置に応用したときその露光量を最適化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る電子放出素子特性測
定装置を電子放出素子に組み合わせたときの全体構成図
、 ３４２図は、第１図の装置に用いられる発振源の発振周
波数と選択装置の周波数特性との関係を示すグラフ、 第３図は、第１図中の電子放出部、駆動装置、選択装置
および表示装置の一部をより詳細に示す回路図、 第４図は第１図の装置に用いられる発振源の具体例を示
す回路図、 第５図は、第１図中の任意の電子放出素子の駆動電圧と
放出電流との関係を示すグラフ、そして第６図は、本発
明の他の実施例に係る電子放出素子特性測定装置であっ
て積分装置をもつものの構成を示す部分図である。 １：ｉｉｉ子放出素子、 ２：駆動装置、 ３：収集装置、 ４：選択装置、 ５：表示装置、 ６：高圧電源、 ７：出カドランス、 ８：積分装置。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子放出素子を駆動して所定周波数の電子流を放出
   させる素子駆動手段と、該電子放出素子より放出された
   電子流を収集する電子収集手段と、該電子収集手段によ
   って収集された電子流のうち上記所定周波数成分による
   信号を選択し抽出する信号選択手段と、該信号選択手段
   の出力に基づき上記電子放出素子の特性を表示しあるい
   は出力する測定結果出力手段とを具備することを特徴と
   する電子放出素子特性測定装置。 ２、前記測定結果出力手段が積分手段を有し、前記信号
   選択手段の出力を積分して表示あるいは出力するもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の電子放出素子特性測定
   装置。 ３、前記電子放出素子が複数の電子放出部を有するもの
   であり、前記素子駆動手段が該複数電子放出部からそれ
   ぞれ相互に異なる周波数の電子流を放出させるものであ
   り、前記信号選択手段が該周波数毎に信号を選択して抽
   出するものである特許請求の範囲第１項記載の電子放出
   素子特性測定装置。