JP2010015966A - Electron-emitting element, electron gun, electron microscope device using it, and electron beam lithogrphy device - Google Patents
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Description
本発明は、電子放出素子，電子銃、それを用いた電子顕微鏡装置及び電子線描画装置に関する。 The present invention relates to an electron-emitting device, an electron gun, an electron microscope apparatus using the same, and an electron beam drawing apparatus.
従来から、電子顕微鏡等の電子放出素子としてタングステンが広く用いられている。タングステンを用いた電子放出素子を、加熱せずに印加電界にのみにより電子を放出させる電界放出型の電子放出素子として用いることにより、エネルギー幅の狭い電子線を得ることができ、分解能を向上させることができる。 Conventionally, tungsten has been widely used as an electron-emitting device such as an electron microscope. By using an electron-emitting device using tungsten as a field-emission type electron-emitting device that emits electrons only by an applied electric field without heating, an electron beam with a narrow energy width can be obtained and resolution is improved. be able to.
しかし、電界放出型の電子放出素子として用いると、電子放出素子の表面に残留ガスが吸着しやすくなり、この残留ガスが金属表面での吸着サイトを移動するため、エミッション電流のノイズが発生するとともに、エミッション電流が経時的に低下する傾向にあった。 However, when used as a field emission type electron-emitting device, the residual gas is easily adsorbed on the surface of the electron-emitting device, and this residual gas moves through the adsorption site on the metal surface. The emission current tended to decrease over time.
そこで、電子放出素子の表面に炭素を被覆する方法が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。炭素被覆を行うことで、残留ガスである水素イオンの衝突や衝撃に対して強固になるため、表面清浄化のためのフラッシング後のエミッション電流の急激な低下を防ぐことができる。 Therefore, a method of coating the surface of the electron-emitting device with carbon has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). By performing the carbon coating, it becomes strong against the collision and impact of hydrogen ions, which are residual gases, so that it is possible to prevent a rapid decrease in the emission current after flushing for surface cleaning.
しかしながら、特許文献１では、その後のエミッション電流の安定化、特に長期的な安定化の効果が十分ではなかった。また、特許文献２では、単結晶炭化物基材の作製が困難にあるという問題もあった。 However, in Patent Document 1, the effect of the subsequent stabilization of the emission current, particularly the long-term stabilization, is not sufficient. Moreover, in patent document 2, there also existed a problem that preparation of a single crystal carbide base material was difficult.
本発明の目的は、エミッション電流の長期的な安定化が可能で、高歩留まりな電子放出素子，その製造方法，電子銃、それを用いた電子顕微鏡装置及び電子線描画装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electron-emitting device, a method for manufacturing the electron-emitting device, an electron gun, an electron microscope apparatus, and an electron beam drawing apparatus using the electron-emitting element that can stabilize the emission current for a long period of time and have a high yield. .
上記目的を達成するため鋭意検討した結果、本発明者らは、グラフェン構造を有する炭素薄膜で、電子放出素子の電子放出サイトの近傍を覆うことで、長期的な電流安定性が得られることを見出した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that long-term current stability can be obtained by covering the vicinity of the electron emission site of the electron-emitting device with a carbon thin film having a graphene structure. I found it.
すなわち、本発明の電子放出素子は、炭素と化合物を形成する金属元素を少なくとも１つ含有する金属基材の表面の少なくとも一部に、グラフェン構造の炭素被膜を有することを特徴としている。 That is, the electron-emitting device of the present invention is characterized by having a graphene-structured carbon film on at least a part of the surface of a metal substrate containing at least one metal element that forms a compound with carbon.
また、本発明の電子放出素子は、炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層を有する金属基材の表面の少なくとも一部に、グラフェン構造の炭素被膜を有することを特徴としている。 The electron-emitting device of the present invention is characterized by having a graphene-structured carbon film on at least a part of the surface of a metal substrate having a carbide layer or a carbon-metal solid solution layer.
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、金属基材表面に炭素膜を被覆し、加熱により炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層を形成した後、前記炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層上にグラフェン構造の炭素被膜を形成することを特徴としている。 In the method for producing an electron-emitting device according to the present invention, a carbon film is coated on the surface of a metal substrate, and a carbide layer or a carbon-metal solid solution layer is formed by heating, and then the carbide layer or carbon-metal solid solution layer is formed on the carbide layer or carbon-metal solid solution layer. It is characterized by forming a carbon film having a graphene structure.
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、金属基材に加熱下で電界を印加して金属基材先端の特定結晶面を***させた後、金属基材表面に炭素膜を被覆し、加熱により炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層を形成した後、前記炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層上にグラフェン構造の炭素被膜を形成することを特徴としている。 Further, in the method for producing an electron-emitting device of the present invention, an electric field is applied to a metal substrate under heating to raise a specific crystal surface at the tip of the metal substrate, and then a carbon film is coated on the surface of the metal substrate. A carbon layer having a graphene structure is formed on the carbide layer or the carbon-metal solid solution layer after the carbide layer or the carbon-metal solid solution layer is formed by heating.
また、本発明の電子銃は、電子放出素子と前記電子放出素子を支持する導電性の支持基材とを有する陰極と、前記陰極から電子を放出させる引出し電極と、前記陰極から放出された電子を加速する加速電極と、を具備することを特徴としている。 The electron gun of the present invention includes a cathode having an electron-emitting device and a conductive support substrate that supports the electron-emitting device, an extraction electrode that emits electrons from the cathode, and an electron emitted from the cathode And an accelerating electrode that accelerates.
また、本発明の電子顕微鏡装置は、電子銃から放出される電子線を試料に照射し、前記試料の観察を行うことを特徴としている。 The electron microscope apparatus of the present invention is characterized in that the sample is irradiated with an electron beam emitted from an electron gun and the sample is observed.
また、本発明の電子線描画装置は、電子銃から放出される電子線を試料に照射し、前記試料に電子線による描画を行うことを特徴としている。 The electron beam drawing apparatus of the present invention is characterized in that the sample is irradiated with an electron beam emitted from an electron gun and the sample is drawn with the electron beam.
なお、本発明において、グラフェン構造とは、炭素原子が六角形の網目状をなす構造を意味する。 In the present invention, the graphene structure means a structure in which carbon atoms form a hexagonal network.
本発明によれば、エミッション電流の長期的な安定化が可能で、高歩留まりな電子放出素子，その製造方法，電子銃、それを用いた電子顕微鏡装置及び電子線描画装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an electron-emitting device, a method for manufacturing the electron-emitting device, an electron gun, an electron microscope apparatus, and an electron beam drawing apparatus using the electron-emitting device that can stabilize the emission current for a long period of time and have a high yield.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明の電子放出素子は、金属基材の表面が、グラフェン構造を有する炭素被膜で覆われている。これにより、グラフェン構造の表面は共役パイ電子雲でシールドされるため、残留ガスが吸着しにくくなり、エミッション電流の安定化が可能になる。例えば、電子放出素子の電子放出サイトの近傍をグラフェンシートの炭素薄膜で覆う。 In the electron-emitting device of the present invention, the surface of the metal substrate is covered with a carbon film having a graphene structure. Thereby, since the surface of the graphene structure is shielded by the conjugated pi electron cloud, the residual gas is hardly adsorbed, and the emission current can be stabilized. For example, the vicinity of the electron emission site of the electron-emitting device is covered with a carbon thin film of graphene sheet.
また、このグラフェン構造を有する炭素薄膜が損傷した場合には、電子放出素子に予め設けておいた炭素源から炭素材料を供給することにより、電子放出サイト近傍に炭素薄膜を補修，再生でき、長期的な電流安定性が可能である。 In addition, when the carbon thin film having this graphene structure is damaged, the carbon thin film can be repaired and regenerated in the vicinity of the electron emission site by supplying a carbon material from a carbon source provided in advance in the electron emission device. Current stability is possible.
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
本発明の第１の実施例について、図１を用いて説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
プラス電極１０１とマイナス電極１０２にスポット溶接により、タングステンワイヤ１０３を接続する。タングステンワイヤ１０３の直径は、５０〜５００μｍであり、本実施例では、このタングステンワイヤ１０３を折り曲げて、電子放出素子とする。電子は、折り曲げた境域の近傍から放出される。このような電子放出素子は、通電加熱により１０００℃以上に加熱しながら、熱電子放出素子として使用する。
A
熱電子放出素子であるため、電界放出型の電子放出素子に比べて、エミッション電流は安定であるが、タングステン材料が加熱により蒸発するため、寿命が短くなりやすい。このため、エミッション領域の近傍を、グラフェン構造を有する炭素被膜で被覆した、炭素薄膜被覆領域１０４を設けることにより、タングステン材料の蒸発を防ぎ、電子放出素子の寿命を１０００時間以上にすることができた。
Since it is a thermionic emission device, the emission current is more stable than that of a field emission type electron emission device, but the lifetime is likely to be shortened because the tungsten material evaporates by heating. For this reason, by providing the carbon thin
炭素薄膜は、以下の方法により作製した。 The carbon thin film was produced by the following method.
まず、直径が１μｍ以下のグラフェン微粒子を水に分散させた分散溶液を作製し、これにタングステンワイヤ１０３を浸漬し、乾燥させることにより、タングステンワイヤ１０３の表面をグラフェン微粒子で被覆した。
First, a dispersion solution in which graphene fine particles having a diameter of 1 μm or less were dispersed in water was prepared, and the
また、次の方法により炭素薄膜を作製することも可能である。タングステンワイヤ１０３を真空中で通電加熱により、８００℃以上に加熱する。次に、真空中に微量のエチレン，アセチレン等の不飽和炭化水素ガスを導入する。これにより、不飽和炭化水素が重合してタングステンワイヤ１０３の表面にグラフェン構造を有する炭素薄膜を形成する。
It is also possible to produce a carbon thin film by the following method. The
本実施例のように、熱電子放出素子の場合には、炭素被覆の主目的は、タングステンの蒸発を抑えることにあるため、炭素被覆領域は、電子放出領域近傍に限定せず、タングステンワイヤ全体に広げた方がより十分な効果が得られる。 As in this embodiment, in the case of a thermionic emission device, the main purpose of carbon coating is to suppress the evaporation of tungsten, so the carbon coating region is not limited to the vicinity of the electron emission region, but the entire tungsten wire. A more effective effect can be obtained by spreading the film to the width.
本実施例では、電子放出素子としてタングステンワイヤを用いたが、これ以外に、例えばチタン，モリブデン，クロム，ジルコニウム，ハフニウム，タンタル，ニオブ等の炭素と化合物を形成する金属、及びこれらの合金から構成されるワイヤに適用できる。 In this embodiment, a tungsten wire is used as the electron-emitting device, but other than this, for example, a metal that forms a compound with carbon such as titanium, molybdenum, chromium, zirconium, hafnium, tantalum, niobium, and an alloy thereof. Applicable to wire.
本発明の第２の実施例について、図２，図３を用いて説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図２に示すように、プラス電極２０１とマイナス電極２０２にスポット溶接により、タングステンワイヤ２０３を接続する。次に、タングステン針２０４をタングステンワイヤ２０３にスポット溶接により固定し電子放出素子とする。タングステン針２０４には単結晶タングステンを用い、エッチングにより、先端の直径を１μｍ以下に先鋭化したものを用いる。このような電子放出素子は、電界放出型の電子放出素子として用いる。すなわち、加熱せずに、印加電界のみにより、電子放出を得る。そのため、電子放出素子の表面には残留ガスが吸着し、エミッション電流が低下するとともに、ノイズが発生しやすい。このため、本実施例では、タングステン針２０４の電子放出サイト近傍の先鋭部にグラフェン構造を有する炭素薄膜で被覆した、炭素薄膜被覆領域２０５を設けた。電子放出サイト近傍領域がグラフェンで覆われることにより、共役パイ電子雲で保護され、残留ガスが吸着しにくくなるため、エミッション電流のノイズが低減し、安定なエミッション電流を実現することができる。
As shown in FIG. 2, a
炭素薄膜は、以下の方法で作製した。 The carbon thin film was produced by the following method.
タングステン針２０４を真空中で通電加熱により、８００℃以上に加熱する。次に、真空中に微量のエチレン，アセチレン等の不飽和炭化水素ガスを導入する。これにより、不飽和炭化水素が重合し、タングステン針２０４の表面にグラフェン構造を有する炭素薄膜を形成することができる。タングステン針２０４に電界を印加して、エミッション電流を得ながら、加熱することなしに炭素薄膜を形成することも可能である。
The
本実施例の別の形態として、図３に示すように、タングステン針２０４に蒸着法，スパッタ法、前記不飽和炭化水素ガスのタングステン針２０４表面における熱分解法等により予め炭素膜を形成し、加熱下拡散により炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層２０６を形成させた後、前記同様の方法で炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層２０６の上にグラフェン構造の炭素被膜２０７を形成させた構造がある。これにより、タングステン針２０４表面に直接、グラフェン構造の炭素被膜２０７を形成させた場合に比べ、グラフェン構造の炭素被膜２０７と基材との密着力が向上するため、大電流を電界放出させることが可能となる。また、電界放出前に加熱により電子放出サイトの吸着ガス等を除去する清浄化処理が必要であり、グラフェン構造の炭素被膜２０７が金属基材への拡散により消失する。この炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層２０６の形成により、グラフェン構造の炭素被膜２０７と基材間の拡散が抑制され、グラフェン構造の炭素被膜２０７の消失を防止することができ、電子放出素子の長寿命化が可能となる。
As another form of this embodiment, as shown in FIG. 3, a carbon film is formed in advance on the
また、加熱しながら電界放出時と逆極性の電界を金属基材に印加することにより、仕事関数が最も低い結晶面が***（ビルドアップという）することが知られている。このビルドアップ面を形成させた後、前記同様、グラフェン構造の炭素被膜２０７を形成させることにより、ビルドアップ面に電界集中し、ビルドアップ面から優先的に電子放出が生じるので、電子放出サイト領域が狭くなり、高電流密度なエミッション電流が得られる。
It is also known that a crystal plane with the lowest work function is raised (called build-up) by applying an electric field having a polarity opposite to that during field emission to a metal substrate while heating. After forming this build-up surface, the
本実施例では、１％以下の電流変動を維持して、５００時間以上の安定動作を実現することができた。 In this example, it was possible to achieve a stable operation of 500 hours or more while maintaining a current fluctuation of 1% or less.
本実施例では、電子放出素子としてタングステン針を用いたが、これ以外に、例えばチタン，モリブデン，クロム，ジルコニウム，ハフニウム，タンタル，ニオブ等の炭素と化合物を形成する金属、及びこれらの合金から構成される針に適用できる。 In this embodiment, a tungsten needle is used as the electron-emitting device, but in addition to this, for example, a metal that forms a compound with carbon such as titanium, molybdenum, chromium, zirconium, hafnium, tantalum, niobium, and alloys thereof are used. Applicable to needles made.
本発明の第３の実施例について、図４，図５を用いて説明する。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図４に示すように、プラス電極３０１とマイナス電極３０２にスポット溶接により、タングステンワイヤ３０３を接続する。次に、タングステン針３０４をタングステンワイヤ３０３にスポット溶接により固定する。タングステン針３０４は、エッチングにより先端直径を１μｍ以下に先鋭化したものを用いる。次に、タングステン針３０４の先端に、タングステンナノロッド３０５を接合する。タングステンナノロッド３０５の直径は１μｍ以下で、長さは数μｍ程度である。タングステン針３０４とタングステンナノロッド３０５との接合は、電子顕微鏡内でのマニュピレーション技術を用いて行った。すなわち、タングステンナノロッド３０５を突出した状態でブレード上に配置させ、これにタングステン針３０４を近づけて、タングステンナノロッド３０５とタングステン針３０４をファンデルワールス力により、接触させる。次に、接触部分にタングステンカルボニル等のタングステン含有ガスを供給するためのノズルを近づけ、ガスを流しながら電子線を照射することにより、接触部分にタングステンを析出させて接合する。
As shown in FIG. 4, a
このような電子放出素子は、電界放出型の電子放出素子として用いる。すなわち、加熱せずに、印加電界のみにより電子放出を得る。そのため、電子放出素子の表面には残留ガスが吸着し、エミッション電流が低下するとともに、ノイズが発生しやすい。このため、本実施例では、タングステンナノロッド３０５の電子放出サイト近傍である先鋭部にグラフェン構造を有する炭素薄膜で被覆した、炭素薄膜被覆領域を設けた。電子放出サイト近傍領域がグラフェンで覆われることにより、共役パイ電子雲で保護され、残留ガスが吸着しにくくなるため、エミッション電流のノイズが低減し、安定なエミッション電流を実現することができる。
Such an electron-emitting device is used as a field emission type electron-emitting device. That is, electron emission is obtained only by an applied electric field without heating. Therefore, residual gas is adsorbed on the surface of the electron-emitting device, the emission current is reduced, and noise is easily generated. For this reason, in this example, a carbon thin film coating region covered with a carbon thin film having a graphene structure was provided at the sharpened portion near the electron emission site of the
炭素薄膜は、以下の方法で作製した。 The carbon thin film was produced by the following method.
タングステンナノロッド３０５を真空中で通電加熱により、８００℃以上に加熱する。次に真空中に微量のエチレン，アセチレン等の不飽和炭化水素ガスを導入する。これにより、不飽和炭化水素が重合し、タングステンナノロッド３０５の表面にグラフェン構造を有する炭素薄膜を形成することができる。タングステンナノロッド３０５に電界を印加して、エミッション電流を得ながら、加熱することなしに炭素薄膜を形成することも可能である。
The
本実施例の別の形態として、図５に示すように、タングステンナノロッド３０５に蒸着法，スパッタ法，不飽和炭化水素ガスのタングステンナノロッド３０５表面における熱分解法等により予め炭素膜を形成し、加熱下拡散により炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層３０７を形成させた後、同様の方法で炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層３０７の上にグラフェン構造の炭素被膜３０８を形成させた構造がある。これにより、タングステンナノロッド３０５表面に直接グラフェン構造の炭素被膜３０８を形成させた場合に比べて、グラフェン構造の炭素被膜３０８と基材との密着力が向上するため、大電流を電界放出させることが可能となる。また、電界放出前に加熱により電子放出サイトの吸着ガス等を除去する清浄化処理が必要であり、グラフェン構造の炭素被膜３０８が金属基材への拡散により消失する。この炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層３０７の形成により、グラフェン構造の炭素被膜３０８と基材間の拡散が抑制され、グラフェン構造の炭素被膜３０８の消失を防止することができ、電子放出素子の長寿命化が可能となる。
As another form of the present embodiment, as shown in FIG. 5, a carbon film is formed in advance on the
また、上記と同様、ビルドアップ面を形成させた後、グラフェン構造の炭素被膜３０８を形成させることにより、ビルドアップ面に電界集中し、ビルドアップ面から優先的に電子放出が生じるので、電子放出サイト領域が狭くなり、高電流密度なエミッション電流が得られる。
Similarly to the above, by forming the
本実施例の方法により、１％以下の電流変動を維持して、５００時間以上の安定動作を実現することができた。 By the method of this example, stable operation for 500 hours or more could be realized while maintaining a current fluctuation of 1% or less.
本実施例では、電子放出素子としてタングステンナノロッドを用いたが、これ以外に、例えばチタン，モリブデン，クロム，ジルコニウム，ハフニウム，タンタル，ニオブ等の炭素と化合物を形成する金属、及びこれらの合金から構成されるナノロッドに適用できる。 In this embodiment, tungsten nanorods are used as the electron-emitting devices. However, other than this, for example, a metal that forms a compound with carbon such as titanium, molybdenum, chromium, zirconium, hafnium, tantalum, niobium, and alloys thereof are used. Applicable to nanorods.
本発明の第４の実施例について、図６を用いて説明する。 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第４の実施例は、炭素源４０５を設けた点が、第１の実施例と異なる。
The fourth embodiment differs from the first embodiment in that a
炭素源４０５は、直径が１μｍ以下のグラフェン微粒子の分散溶液を作製し、この溶液を塗布乾燥させることにより作製する。あるいは、真空中で炭素原料ガスを流しながら、電子線やイオンビームを照射することにより、炭素源を作製することも可能である。その他、種々の炭素膜作製法を用いて作製することが可能である。炭素源４０５は小片のグラフェンシートを多層に積層した構造であることが望ましいが、アモルファス炭素であっても良い。炭素薄膜被覆領域４０４のグラフェン構造を有する炭素薄膜が損傷（破損もしくは消失）した場合、熱電子放出素子であるタングステンワイヤ４０３の蒸発を抑制する効果が失われる。熱電子放出素子の場合には、通常の動作温度が高いため、その温度効果により、炭素源４０５から炭素成分が拡散してタングステンワイヤ４０３の表面を覆うため、再び、炭素被膜を形成できる。通常の動作温度では、表面拡散が不十分な場合には、さらに温度を上げて、表面拡散を加速させることで、炭素被覆効果によりタングステンの蒸発を防ぐことができる。
The
本発明の第５の実施例について、図７を用いて説明する。 A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第５の実施例では、炭素源５０６を設けたことが、第２の実施例と異なる。炭素源５０６は、直径が１μｍ以下のグラフェン微粒子の分散溶液を作製し、この溶液を塗布して乾燥させることにより作製される。あるいは、真空中で炭素原料ガスを流しながら、電子線やイオンビームを照射することにより、炭素源５０６を作製することも可能である。その他、種々の炭素膜の作製法を用いることが可能である。
The fifth embodiment is different from the second embodiment in that a
炭素源５０６は、グラフェンシート小片が多層に積層した構造であることが望ましいが、アモルファス炭素であっても良い。炭素薄膜被覆領域５０５のグラフェン構造を有する炭素薄膜が損傷（破損あるいは消失）した場合、電界放出型の電子放出素子であるタングステン針５０４の電子放出サイト近傍に残留ガスが吸着し易くなり、エミッション電流の安定性が損なわれる。そこで、通電加熱により、炭素源５０６を１０００℃以上に加熱することにより、炭素源５０６から炭素成分が表面拡散により移動し、再び、炭素薄膜被覆領域５０５の炭素薄膜を補修することができる。これにより、電流安定性を復元することが可能である。
The
本発明の第６の実施例について、図８を用いて説明する。 A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第６の実施例では、炭素源６０７を設けたことが、第３の実施例と異なる。炭素源６０７は、真空中で炭素原料ガスを流しながら、電子線やイオンビームを照射することにより、炭素源６０７を作製することも可能である。その他、種々の炭素膜作製法を用いて作製することが可能である。炭素源６０７はグラフェンシート小片が多層に積層した構造であることが望ましいが、アモルファス炭素であっても良い。炭素薄膜被覆領域６０６のグラフェン構造を有する炭素薄膜が損傷（破損あるいは消失）した場合、電界放出型の電子放出素子であるタングステンナノロッド６０５の電子放出サイト近傍に残留ガスが吸着し易くなり、エミッション電流の安定性が損なわれる。そこで、通電加熱により、炭素源６０７を１０００℃以上に加熱することにより、炭素源６０７から炭素が表面拡散により移動し、再び、炭素薄膜被覆領域６０６の炭素薄膜を補修することができる。これにより、電流安定性を復元することが可能である。
The sixth embodiment is different from the third embodiment in that the
本発明の第７の実施例について、図９を用いて説明する。 A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
電子銃は、電子放出素子７０１，電極７０２及び電極支持台７０３から構成されるカソード電極（陰極）と、カソード電極から電子を放出させる引出し電極７０４と、カソード電極から放出された電子を加速する加速電極７０５を備えている。引出し電極７０４は、引出し電極電源７０６により、カソード電極に対してプラス電圧を印加する。また、加速電極７０５は、加速電極電源７０７により、カソード電極に対してプラス電圧を印加する。
The electron gun includes a cathode electrode (cathode) composed of an
これにより、電子銃は、長期の電流安定性が可能である。また、通常のフラッシング等の表面清浄化方法により、電流安定性が復元しない場合には、電子放出素子の再生，補修効果を用いて、電流安定性を復元することが可能である。 As a result, the electron gun is capable of long-term current stability. Further, when the current stability is not restored by a normal surface cleaning method such as flushing, it is possible to restore the current stability using the regeneration and repair effect of the electron-emitting device.
本発明の第８の実施例について、図１０を用いて説明する。 An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第８の実施例では、引出し電極の代わりに、球面収差の少ない磁界レンズ８０４を用いた点が、第７の実施例と異なる。このような磁界界浸型電子銃構成により、安定なエミッション特性を有する電子銃を実現することができる。
The eighth embodiment is different from the seventh embodiment in that a
本発明の第９の実施例について、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の電子銃を用いた走査型電子顕微鏡の構成を模式的に示す図である。 A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of a scanning electron microscope using the electron gun of the present invention.
走査型電子顕微鏡は、電子銃９０１から放出される電子線をアノード電極９０２，第一収束レンズ９０３，第二収束レンズ９０４，対物レンズ９０５で加工し、最後に走査コイル９０６でビーム走査し、サンプル９０７（試料）から放出される二次電子を二次電子検出器９０８で検出することにより、サンプル９０７の拡大像を得る装置である。
The scanning electron microscope processes an electron beam emitted from an
図１１には、電子軌道９０９も同時に示した。装置内は、高真空に保持され、サンプル９０７は装置外部から機械的に移動及び回転させることができる。電子銃９０１を搭載することで、従来の装置と比べて、長期的に安定に動作する走査型電子顕微鏡を実現することができた。また、半導体プロセスにおける微細加工パターンの観察や寸法測定を行う測長用の走査型電子顕微鏡も図１１と同様の構成であるため、電子銃９０１を搭載することにより、同様の効果を得ることができる。
FIG. 11 also shows the
ここでは、本発明の電子銃を搭載した電子顕微鏡装置として、図１１の走査型電子顕微鏡を用いて説明したが、これに限定されず、本発明の電子銃の特性が十分引き出せる構成であれば、いかなる構成の装置にも適用できる。 Here, the electron microscope apparatus equipped with the electron gun of the present invention has been described using the scanning electron microscope of FIG. 11. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be applied to any configuration apparatus.
本発明の第１０の実施例について、図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の電子銃を搭載した電子線描画装置を模式的に示す図である。 A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram schematically showing an electron beam drawing apparatus equipped with the electron gun of the present invention.
電子線描画装置は、第一収束レンズ１００３と第二収束レンズ１００４との間に、電子線をオン／オフするためのブランカー１０１０を設ける点以外は、図１１の走査型電子顕微鏡と同様の構成である。電子線描画装置は、電子線に感応する電子線レジストを塗布したサンプル１００７に細く絞った電子線を照射することにより、微細パターンを形成するものである。電子銃９０１を搭載することにより、従来に比べ、安定な動作を長時間にわたって実現することができる。
The electron beam drawing apparatus has the same configuration as the scanning electron microscope of FIG. 11 except that a blanker 1010 for turning on / off the electron beam is provided between the first converging
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１ プラス電極
１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２ マイナス電極
１０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０３ タングステンワイヤ
１０４，２０５，３０６，４０４，５０５，６０６ 炭素薄膜被覆領域
２０４，３０４，５０４，６０４ タングステン針
２０６，３０７ 炭化物層あるいは炭素−金属固溶体層
２０７，３０８ グラフェン構造の炭素被膜
３０５，６０５ タングステンナノロッド
４０５，５０６，６０７ 炭素源
７０１，８０１ 電子放出素子
７０２，８０２ 電極
７０３，８０３ 電極支持台
７０４ 引出し電極
７０５，８０５ 加速電極
７０６，８０６ 引出し電極電源
７０７，８０７ 加速電極電源
８０４ 磁界レンズ
９０１，１００１ 電子銃
９０２，１００２ アノード電極
９０３，１００３ 第一収束レンズ
９０４，１００４ 第二収束レンズ
９０５，１００５ 対物レンズ
９０６，１００６ 走査コイル
９０７，１００７ サンプル
９０８，１００８ 二次電子検出器
９０９，１００９ 電子軌道
１０１０ ブランカー
101, 201, 301, 401, 501, 601
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