JP2011510431A - ナノ構造チップを備えた電子放出源及びこれを用いた電子カラム - Google Patents

Abstract

【課題】 電子放出源としての条件を満たし、整列性がよく、単一ビームの電子カラムとマルチビームの電子カラムの構造においても好適な電子放出源が必要である。
【解決手段】
本発明の電子放出源は、所定の位置に貫通しないアパーチャまたは溝（ｃｏｎｃａｖｅ ｏｒ ｗｅｌｌ）が形成された基材または蒸着などにより所定の部位が突出した基材、前記溝の内面にまたは突出した表面に付着された触媒または接着剤層、及び前記触媒または接着剤に成長または付着されるナノ構造チップを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ナノ構造チップを備えた電子放出源に関し、より具体的には、炭素ナノチューブＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）またはＺｎＯなどのようなナノチューブ、ナノロード、ナノフィラー、ナノワイヤー、またはナノパーティクルなどのように数ナノから数十ナノの大きさのチューブ、柱または塊り形態の構造を有しており、電圧を印加すれば、端部に高い電場が形成され、電子を容易に放出できるナノ構造チップを備えており、他の電子レンズ部品、即ち電子レンズアパーチャーホールと整列が容易で、使用の便利な電子放出源に関する。

また、本発明は、前記電子放出源を用いて製作された電子カラムに関し、より具体的には、前記電子放出源を用いて製作される電子カラムの製作において、単一の電子カラムだけでなく、マルチ電子カラムの製作が容易な電子カラムに関する。

本発明にかかる電子放出源は、電子を放出するためのものであって、例えば、超小型電子カラムのような電子ビームを形成して用いる機構や装備に使われる。

まず、超小型電子カラムは、スキャニングトンネリング顕微鏡（ＳＴＭ）の基本原理下で作動する電子放出源及び微細構造の電子光学部品に基づいたものであって、１９８０年代に初めて導入された。超小型電子カラムは、微細な部品を精巧に組み立て、光学の収差を最小化して向上した電子カラムを形成し、小さな構造は、複数個を配列し、並列または直列構造のマルチ電子カラム構造に使用可能である。

図１は、超小型電子カラムの構造を示す図であり、電子放出源、ソースレンズ、ディフレクター、及びアインツェルレンズが整列され、電子ビームが走査されることを示す。

一般に超小型電子カラムとして代表的なマイクロカラムは、電子を放出する電子放出源１０、前記放出された電子を有効な電子ビームＢに形成するソースレンズ２０、前記電子ビームをディフレクティングするディフレクター３０、及び前記電子ビームを試料Ｓにフォーカシングを行うフォーカスレンズ（アインツェルレンズ、４０）で構成される。

既存の電子カラムや電子顕微鏡のような電子ビーム装置において、核心構成要素の一つとしての電子放出源は、ＦＥ（ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔｅｒ）、ＴＥ（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｍｉｔｔｅｒ）、ＴＦＥ（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔｅｒ）であり、Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｅｍｉｔｔｅｒなどで区分している。理想的な電子放出源は、安定した電子放出、高輝度、小さなバーチャルビームサイズ、高密度の電流放出、小さなエネルギーの広がり（ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｓｐｒｅａｄ）、及び長い寿命を要求する。

電子カラムの種類の一つの電子放出源と前記電子放出源から発生した電子ビームを制御するための電子レンズで構成されたシングル電子カラムと、多数の電子放出源から放出された多数の電子ビームを制御するための多数の電子レンズで構成されたマルチ型電子カラムとに区分される。マルチ型電子カラムは、半導体ウエハのように一つの層に多数の電子放出源チップが備えられた電子放出源と、一つの層に多数のアパーチャが形成されたレンズ層が積層された電子レンズとを含んで構成されたウエハ型電子カラムと、シングル電子カラムのように、個々の電子放出源から放出された電子ビームを多数のアパーチャを有する一つのレンズ層に制御する組合せ型電子カラム、シングル電子カラムを一つのハウジングに一つの電子放出源とレンズを装着して用いる方式などに区分され得る。組合せ型電子カラムの場合、電子放出源が別個に区分されるだけで、レンズはウエハ型と同一に用いることができる。

このような電子放出源は、超小型電子カラムにおいて重要な構成要素であり、また、電子ビームを用いた多様な分野においても（例えば、電子ビームリソグラフィ、電子顕微鏡分野、ＦＥＤ、ＳＦＥＤ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙ）等）電子ビームの発生源として非常に重要な部分である。

また、電子カラムや他の電子ビームの活用分野において電子放出源は、電子レンズ(特にソースレンズ)の光学軸の中央に正確に整列しなければ、電子カラムや電子ビームを用いる装備または装置は最大の性能を発揮することができない。このために電子放出源の電子放出源チップがレンズの光学軸に十分に整列されなければならないだけでなく、チップ自体も光学軸に沿って一致するように製作または形成されなければならない。また、チップ自体が光学軸に一致するように形成されていない場合、これを修正することは非常に困難であるか、修正のために追加の部品または制御方式が必要である。

特に半導体やディスプレー分野は、生産する素子の構造が微細で、かつ大面積化されており、このような微細な構造を精巧でかつ速く工程、測定、そして検査する技術及び装備として、電子ビームを用いた多様な装備の必要性が大きくなり、これに伴って生産性向上のためのマルチ型電子カラムの要求がさらに強調されており、これによりマルチ型電子カラムに合う電子放出源の必要性がさらに大きくなっている。

従って、電子放出源としての条件を満たし、整列性がよく、単一ビームの電子カラムとマルチビームの電子カラムの構造においても好適な電子放出源が必要である。

前記のような問題点を解決するために、本発明は、電子カラムや電子ビーム走査手段で用いられる既存の電子放出源とは異なり、低電圧でも電子を放出することができ、製作及び使用の便利なナノ構造チップを用いた電子放出源を提供することを目的とする。

また、前記電子放出源において、前記ナノ構造チップを容易に整列付着または蒸着するための方法及びこれを用いた電子カラムを提供することを目的とする。

また、前記ナノ構造チップを用いた電子放出源と電子レンズの整列を容易にすることができるようにし、電子カラムを容易に製作できるようにする電子放出源を提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するために、本発明の電子放出源は、所定の位置に貫通しないアパーチャまたは溝（ｃｏｎｃａｖｅ ｏｒ ｗｅｌｌ）が形成された基材または蒸着などにより所定の部位が突出した基材、前記溝の内面にまたは突出した表面に付着された触媒または接着剤層、及び前記触媒または接着剤に成長または付着されるナノ構造チップを含む。

本発明においてナノ構造チップは、炭素（Ｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、シリコン（Ｓｉ）、タンスターン（Ｗ）、酸素（Ｏ）などの原子が単一原子または二つ以上の原子らが結合して形成されたナノメーターの大きさのナノチューブ、ナノロード、ナノフィラー、ナノワイヤー、またはナノパーティクルなどのナノ構造が用いられる。このようなナノ構造に電圧を印加すれば、ナノ構造の頂点に高い電場が形成され、ここから容易に多くの電子が放出できる。ナノサイズの物質は、容易に電子を放出することができ、これを用いて電子を直接放出するチップとして用い、このようなナノ構造チップを電子放出源において蒸着または成長または付着の方法として用いるものである。このようなナノ構造の例として、炭素ナノチューブＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）、ＺｎＯナノチューブ、ＺｎＯナノロード、ＳｉＯナノロード、Ａｕナノパーティクル、ＡＩナノパーティクル、Ｃｕナノパーティクル、ＧａＳｂナノパーティクル、Ｎｂ_２Ｏ_５ナノチューブーナノフィラー、Ｐｄナノチューブ、ナノフィラーなどがあり、他の原子で構成したこのような構造のものをいずれも含む。

前記電子放出源を製作する方法は、薄い厚さの基材(この場合、チップのある所は、電気が通るように横面または後面で導体を連結)または電気が通る薄い厚さの基材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に、前記ナノ構造チップが位置すべき所を、所定の大きさと厚さを有するようにエッチングまたは蒸着などにより貫通しない溝をさらに薄い厚さに形成したり突出した形状を形成する。このとき、リソグラフィ工程などを用いて、前記溝または突出部は非常に薄い薄膜であるメンブレンに形成し、ここを光またはレーザなどが通過するようにする。ここでメンブレンの厚さは、ナノ構造チップが安定して付着される厚さであればよく、また、下段レンズ構造のレンズアパーチャホールを通過した光またはレーザで下段レンズホールの形態を識別できる程度であればよい。このような構造は、メンブレンを作る方式、即ちエッチング方式またはポリシング方式などを用いることができる。前記溝または突出形状の下の厚さと大きさは、それぞれ数乃至数十マイクロメーター以内とし、また、その形状は、電子レンズのホールまたはアパーチャ形状に対応する形状、例えば円形状を用いることが望ましい。そして、エッチングされた円形の溝または突出形状などに触媒をつけ、そして前記触媒上にナノ構造チップを付着したり成長させればよい。このようなナノ構造チップを付着したり成長させる方法は、リソグラフィ工程を用いれば正確な位置に形成することが可能になる。

また、円形の溝または突出形状にナノ構造チップを蒸着する方法を用いる場合にも類似の方法で可能である。例えば、この場合に、半導体工程を用いて蒸着される部分のみオープンし、残りの部分は保護物質で蒸着されないように保護して蒸着させることができる。ナノ構造チップを成長させる方法では、既存の方法を用いることができ、ＣＶＤ技法、アーキング技法、エッチング、蒸着などの従来のナノサイズの物質を成長または腐食させる方法を用いることができる。もちろん成長したナノ構造チップを付着することも可能であるが、直接成長させることが今後の整列時により便利であろう。従って、成長または付着されたナノチップは、１つまたは１つ以上のナノチューブ、ナノロード、ナノフィラー、ナノパーティクルなどで構成するようになる。

前記基材としては、シリコンのような半導体にドープをし、電気を十分に通るようにして用いることが望ましく、金属などの導体は、数乃至数百μmとし、前記溝が十分に形成できれば使用が可能である。また、ナノ構造チップの成長の長さを考慮することが望ましい。

前記のようにシリコン基材に電子放出源と整列される電子レンズのホールのような形状に、貫通しないようにエッチングなどにより掘り出すと、掘り出された残りの部分は、薄いメンブレンのように残るようになる。従って、レンズホールのように見えるようになり、本発明による電子放出源は、マイクロカラムのような電子カラムで用いられる電子レンズのような形態を有することができる。そのようにして、他の層の電子レンズと整列結合の際、レンズの整列結合方式をレンズホール間の結合方式にそのまま用いることができる。

従って、前記のような本発明による電子放出源は、シリコン基材のレンズ整列方式で電子カラムを製作するのが容易になる。また、前記電子放出源は、高ドープされたシリコン部分に電圧を印加し、全体として容易に電子放出源に電圧の印加が容易になり、電子カラムの制御も容易になる。そして、金属メンブレンまたは一般のメンブレンも基材として使用可能であり、このような場合にも非常に薄いため、光が通過できる。

また、前記電子放出源は、厚さの薄いメンブレン部分（シリコンまたは金属）にナノ構造チップが付着または蒸着され、メンブレンを透過した光を用いてナノ構造チップの位置を直接顕微鏡により観察することができ、電子放出源と電子レンズのアパーチャとの整列をより容易にすることができる。

また、前記電子放出源は、金属メンブレンまたは高ドープされたシリコンメンブレンをさらにエッチングまたは蒸着し、高ドープされたシリコン部分内にナノ構造チップが位置すれば、凹状態（Ｕ字形態；ｃｏｎｃａｖｅ ｏｒ ｗｅｌｌ）の中央にナノ構造チップが位置し、周辺がナノ構造チップを覆うようになるか、凸状態(∩形態または単純突出、ｃｏｎｖｅｘ)の中央上段にナノ構造チップが位置するようになる。ナノ構造チップに電圧を印加すれば、これと共に前記高ドープされた部分の全体にも電圧が印加され、チップの端部には強い電磁場が形成され、電子が放出する。特にチップとＵ字形態の場合は、あらゆる所に同一の電圧が印加され、Ｕ字形態の両面の電圧は、チップから放出される電子が外角に発散することを防ぐ役割をするようになり、電子ビームの発散角を少なくする効果を奏するようになる。

ナノチューブまたはナノ構造チップのための基材は、金属または半導体物質としてチップとＵ字または∩形態の全ての部分に同一の電圧が印加される伝導体性物質であればよい。単にシリコンは、加工が容易で、エッチング工程などがよく知られている材料であるので、一実施例として用いた。

前記電子放出源においてもしナノ構造チップの頂点が垂直方向に正確に位置できなければ、チップから放出された電子は、レンズのアパーチャーまたはホールの中央を通ることができないか、ホール中を通過することができなくなる。このような場合には、イオンビームを用いてナノ構造チップを垂直整列することができ、前記電子放出源を用いた電子カラムの製作が容易になる。もちろん電子カラム以外に電子ビーム走査手段として用いる電子ビーム装置の場合も、同一または類似して適用可能である。イオンビームを用いた整列は、平行なイオンビームを電子レンズに垂直に入射させ、レンズに電圧を印加すれば、フォーカスレンズとして作動し、チップのある所にイオンビームが集められ、ナノ構造チップが入射したイオンビームに従って垂直に整列される。もう一つの方法としては、フォーカスされたイオンビームを、電子レンズホールを通過してチップにフォーカスし、ナノ構造チップを整列する方法である。

また、本発明は、ナノ構造チップが付着された電子放出源と、前記電子放出源から放出された電子が通過する電子レンズ層のアパーチャを整列する段階；及び前記電子レンズ層のアパーチャを通じて垂直方向にイオンビームをナノ構造チップに向かって走査する段階；を含み、ナノ構造チップが付着された電子放出源のナノ構造チップを整列する方法を提供する。

従って、本発明においては、ナノ構造チップが形成される溝または突出部を基準にしてレンズと整列し、ナノ構造チップは、イオンビームを用いて再び整列する方式を用いる。

本発明のナノ構造チップを備えた電子放出源は、半導体の製作技法を用いて正確な位置にナノ構造チップを位置させることができ、整列が非常に容易である。

また、本発明のナノ構造チップを備えた電子放出源は、前記ナノ構造チップが基材内または上に突出し、高ドープされたシリコン部分の全体に電圧を印加し、有効な電子を放出することができ、また制御が容易になる。

また、本発明のナノ構造チップを備えた電子放出源は、一枚のシリコンウエハのような基材に、多数の電子放出源を製作することができ、コストの削減が可能になり、またマルチ用としての使用が容易である。前記電子放出源をウエハに製作する際、電子レンズのように個別的にカッティングし、単一の電子放出源またはマルチ型に容易に製作される。

また、本発明のナノ構造チップを備えた電子放出源は、一般の電子レンズ型のように製作が可能であり、電子レンズ、特に超小型電子カラム用電子レンズと容易に整列することができ、電子カラムの製作時に工程が容易になる。また、マルチ型電子カラムの電子放出源としての使用が容易である。

超小型電子カラムの構造を概念的に示す断面図である。 本発明による電子放出源１００の製作過程を示す図である。 本発明のナノ構造チップを備えた電子放出源の構造を説明するための断面図である。 本発明のナノ構造チップを備えた電子放出源を電子カラムに用いる一例を示す平面図と断面図である。 図４の電子カラムがマルチ型である場合を示す平面図と断面図である。 図５のシリコン基材層の他の例を示す断面図と平面図である。 本発明による電子放出源のナノ構造チップの再整列のためにイオンビームを走査することを概念的に示す断面図と平面図である。

以下、添付された図面を参考にして、本発明によるナノ構造チップを備えた電子放出源及び電子カラムについてより具体的に説明する。

図２は、本発明による電子放出源１００の製作過程を、基材としてシリコンウエハを用いて説明するための図である。図２ａ乃至図２ｄは、各シリコンウエハを用いてナノ構造チップを蒸着する方式を示す。左側の円形の図面は、上から見た平面図であり、その右側は、中央部分を切断した断面図である。

まず、図２ａは、円形のシリコンウエハ１１０を示す図である。電流が通るシリコンウエハ１１０を基材としてナノ構造チップを電子放出源チップに用いるものである。前記シリコン基材は、その厚さを数乃至数百μmにすればよい。前記基材としてシリコンウエハの代わりに金属または一般の薄い板(メンブレン形態に作ることができる板)を用いることもでき、不導体基材の場合、チップが位置する部分にのみ導体に処理し、配線を連結すればよい。このような構造は、マルチビーム構造に用いることができる長所がある。

図２ｂは、中央の溝１３０をエッチングによりメンブレン部分が残るように除去したものを示す。前記溝１３０は、パターンを用いて半導体エッチング工程などにより形成され、その深さは貫通しないようにしなければならない。そのようにして、残りの部分は、メンブレンのように薄い厚さを有するようにする。既存の部分と区分される厚さを有するようにし、レーザ光の透過時に区別されるようにしなければならない。

図２ｃは、前記溝１３０の内底部１３１にナノ構造チップを位置させることができるように触媒１４０を入れる。前記触媒１４０にナノ構造チップが蒸着するようになる。ここで、ナノパーティクルようなものは蒸着でも可能であり、このような場合、触媒位置のみ残し、他の部分は保護膜で覆った後、蒸着後には保護膜を除去すればよい。

図２ｄは、前記触媒１４０にナノ構造チップ１５０が蒸着された形態を示す。このとき、ナノ構造チップの高さは、シリコン基材１１０と同一であるか、若干低めにすることが望ましい。図２において、ナノ構造チップの個数は複数個にしたが、これは、必要に応じて定められるものであって、一つ以上であればよい。電子顕微鏡、ナノリソグラフィなどでは一つのナノチップが、そしてｓｆｅｄ（ｓｃａｎ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙ）などでは複数のチップが用いられ得る。即ち、本電子放出源が用いられる分野の特性に応じて決定されるのが望ましい。

また、前記溝１３０は、円形の形態を有しているが、必要に応じて、多様な多角形の形態に作って用いることができ、パターンでその形状を作ってエッチングすればよい。望ましくは、電子レンズのアパーチャ形態と同一の形態を有するものであり、その大きさは、電子レンズのアパーチャの大きさより同じであるか、小さいものである。前記図２ｄにおいて、ナノ構造チップは、蒸着されるものと示されているが、図２ｃにおいて、触媒の代わりに予め形成されたナノ構造チップを付着して用いることができる。

図３は、本発明のナノ構造チップを備えた電子放出源の構造を説明するための断面図である。図３ａは、図２の一般的な形態の電子放出源１００を示す。図３ｂは、図３ａの電子放出源においてナノ構造チップ１５０が、その個数が少ないか、または大きさが小さく、溝１３０を２段に形成したものである。図３ｃは、図２の形態とは異なり、突出部にナノ構造チップが形成されたものを示す。図３ｄは、図３ｃの突出部の他の実施例を示す。

図３のａ及びｂの溝またはアパーチャと、図３のｃ及びｄの突出部は、電子カラムを製作するために必要な他の電子レンズのアパーチャやディフレクターのアパーチャとの整列のために用いられ得る。即ち、前記溝や突出部の中央にナノ構造チップが位置するようになるが、前記ナノ構造チップの大きさが非常に小さく、他の電子レンズのアパーチャとの整列時に、その位置を確認するのが非常に難しい。従って、前記ナノ構造チップが形成される溝または突出部の形状を基準として他の電子レンズのアパーチャを整列すれば、非常に容易に整列することができる。もし前記ナノ構造チップが前記溝や突出部の中央に正確に形成されず、若干の誤差があれば、これに関する誤差データを用い、前記溝や突出部を基準として誤差値だけ他の電子レンズのアパーチャとの整列時に反映させて整列すればよい。即ち、誤差データを基準として前記溝や突出部の形状の中央からナノ構造チップが逸脱しただけ電子レンズやディフレクターのアパーチャとの整列で反映させ、電子レンズやディフレクターのアパーチャの電子光学軸の中心にナノ構造チップが位置するように整列すればよい。

まず、図３のａとｂにおいて、溝１３０とナノ構造チップ１５０の関係を説明すれば、溝１３０の底部１３１はもとより、壁面からも電圧がナノ構造チップ１５０に影響を与えるものであって、なるべく溝の内径は小さいのがよい。

従って、溝１３０は、ナノ構造チップ１５０の大きさに応じて大きさを決定し、ナノ構造チップ１５０は、溝１３０または内部溝１３２の中央部分に蒸着、付着またはエッチング方式によって形成されるようにする。正確な位置及び溝の大きさのために、電子ビームリソグラフィ工程を用いることができ、溝の大きさがマイクロ級のパターンである場合、光学リソグラフィ工程を用いることもできる。ナノ構造チップ１５０は、溝１３０の中央部分に、外部溝の壁面と一定の距離を維持するようにするために、精巧なリソグラフィパターンを中央にし、この部分にのみ触媒１４０を蒸着するか、またはエッチングし、チップを付着するようにする。このときのナノ構造チップ１５０の高さは、内部溝１３２の高さが最も望ましく、用いる基材、例えばシリコン基材１１０の高さより同じであるか低くすることができる。

ここで溝１３０の大きさに応じて必要時に溝１３０の底部を２段に形成する。もちろん３段以上も可能であるが、一般に２段に形成すれば十分である。

図３のｃとｄにおいて、前記溝１３０の代わりに突出部１６０を形成すること以外には、ナノ構造チップ１５０を前記突出部１６０の中央に形成することは、前記溝１３０の中央に形成することと同一または類似して適用される。即ち、突出部の底部１６１の中央にナノ構造チップ１５０が形成される。図３ｄは、図３ｃの突出部の底部に対向溝１６１を前記図３ａ及びｂの溝のように形成したものであって、突出部１６０の厚さを前記溝の底部の厚さのように小さくしようとしたものであり、その方法は、溝の形成方法を適用することができる。

図４は、本発明のナノ構造チップを備えた電子放出源を電子カラムに用いる一例を示したものであり、以下、図２の電子放出源を基準にして説明する。図４において左側図は、ナノ構造チップが最下層に位置した状態で見た平面図であり、右側図は、その断面図である。

本発明による電子放出源１００上にソースレンズ２００が付着されたことを示すものである。ソースレンズは、３つの電極層となっており、それぞれ一つの電極層は、高ドープされた部分２２０、２４０、２６０であり、シリコン層は、２１０、２３０、２５０となっている。一つの電極層は、電子放出源のようにシリコン基材に高ドープされメンブレンを形成し、前記メンブレンの中央に電子ビームが貫通できるようにアパーチャ２２２が形成されている。最下の電極層２５０、２６０は、電子カラムではエクストラクターと呼ばれ、電子放出源１００のチップ１５０から電子が十分に放出されるようにする。中間層として電極層２３０、２４０は、エクセルレーターといい、放出された電子を加速させるためのものである。最上の電極層２１０、２２０は、リミテッドアパーチャといい、電子を有効な電子ビームに形成させる。即ち、ソースレンズ２００は、電子放出源から放出された電子を電子ビームに作る役割を主な目的とし、フォーカシングまたは他の役割も兼ねる。一部電極層２１０、２３０、２５０は、必要に応じて除去されても構わない。

前記ソースレンズ２００は、各電極層間には絶縁のためにパイレックス（登録商標）のような絶縁層３００が挿入される。また、前記エクストラクターと電子放出源との間にも絶縁のためにパイレックス（登録商標）のような絶縁層３００が挿入される。

図４のような構造は、本発明による電子放出源の使用例として、ソースレンズ自体を電子放出源と結合させてもよいが、半導体工程で前記電子放出源のシリコン基材から積層すれば、整列及び製作がより簡単になり、望ましい。

また、ナノ構造チップ１５０を薄いメンブレンの下から光またはレーザを照射し、ソースレンズのホール２２２と整列するか、またはソースレンズのホールから光またはレーザを照射し、メンブレンの上でレンズホールを確認しながら整列することができる。特に周辺の他の整列キーを用いて整列することも可能である。この方法は、整列後に整列程度を確認することが可能である。

整列されたナノ構造チップとソースレンズ系は、ＦＩＢ方式でナノ構造チップ１５０をソースレンズの光学軸に整列することにより、整列が可能になる。

図４は、電子放出源とソースレンズの結合例を説明したが、ソースレンズでない他の電極層と容易に整列が可能である。そのようにしてＦＥＤやＳＦＥＤの電極層も同一または類似して前記電子放出源と整列することができる。

図５は、図４の電子カラムがマルチ型である場合を示すものである。図５において電子カラムは、図４と同じ方式で整列が可能であり、本発明の電子放出源が複数の溝にナノ構造チップ１５０を配置することができ、同じ方式の電子レンズ(特に、ソースレンズ)を図３と同じ方式で整列したものを示す。

図５において、各ナノ構造チップから電子が放出され電子ビームを形成する一つを単位カラムとすると、５つの単位電子カラムを含むマルチ型電子カラムを示している。図５において、電子放出源のナノ構造チップは、いずれも一つの板に形成され、同一の電圧が印加されるが、前記板としては、導体はもとより、絶縁体の板も使用可能であり、絶縁体の場合、チップの部分は導体性にして配線すればよい。前記板で高ドープされたシリコン層または金属層が望ましい。このような場合、それぞれのチップから放出され、試料に到達する電子ビームは、同一のエネルギーを有するようになる。従って、もしナノ構造チップに個別的な電圧の印加が必要な場合、前記ナノ構造チップの周辺を個別的に区分して電圧を印加するか、または前記電子放出源に最も近接した電極層をそれぞれ区分して電圧を印加し、各ナノ構造チップと近接の電極層との間の個別の電圧差を用いて制御することができる。

図６は、図５のシリコン基材層の他の例を示す。

図６は、図５とは異なり、シリコン基材などを、各単位電子放出源を基準にして絶縁されるようにしたものである。従って、シリコンは、全体としてはドープされないか、または少なくドープされて絶縁特性を有するようにし、ナノ構造チップ１５０を基準にして個別的に、示されているように、ドープ部分１２０を形成する。電子放出源のドープ部分１２０やレンズの各電極層２２０、２４０、２６０においてパターンなどを用いて単位電極ごとに高ドープが区分され形成されたものであって、図５のマルチ型において溝１３０やアパーチャ２２２を中心に部分的に形成され、別途に各高ドープ部分が配線２２３により電極部２２９が形成され、外部から各単位電極に個別の電圧が印加できるようにしたものである。電子放出源の場合には、高ドープ層１２０のみ一部形成させ、配線や電極部は同一に形成して用いればよい。このような電子放出源は、マルチ型で個別に電圧を印加して制御できる長所がある。

図６の例は、一例であてＴ、他の層を追加して個別に単位カラム別にナノ構造チップや対応エクストラクターと同じ電極を制御できるのはもちろんである。

図５または図６のように、ウエハ形式に製作して各単位カラム別に切断し、個別の電子カラムに用いることができるのはもちろんである。

上記各実施例において、アパーチャや溝の形状は、多様な多角形の形状に変更が可能であり、シリコン基材も四角形などの多角形の形状に変更することができる。

図７は、本発明による電子放出源のナノ構造チップの再整列のために、イオンビームを走査することを概念的に示すものである。

図７において、前記電子放出源のナノ構造チップは、整列後に垂直整列のために、イオンビーム(Ｉ)を電子カラムなどの電子ビーム走査手段の光学軸に垂直に平行ビームをイオンビーム走査手段６００を用いて走査することを示すものである。もしナノ構造チップが垂直に正確に整列されなかった場合、または光学軸から逸脱した所に位置した場合、イオンビームの方向に沿ってナノ構造チップの傾斜角度が変わることを用いたものである。図７においては、各電子レンズの電極層に電圧を印加し、イオンビーム(Ｉ)をナノ構造チップにフォーカシングすることもできる。このとき、中間の電極層に電圧を可変印加し、上下電極層は、グラウンドさせるか、他の電圧を印加してナノ構造チップにイオンビームをフォーカシングすることができる。このような場合、チップとフォーカスレンズの整列が完壁にできる長所がある。

上記図４乃至図６においては、電子放出源層の上に３つの電極層がさらに整列付着されるものを示しているが、必要に応じて、ディフレクターやフォーカシングレンズも、示された電極層のようにさらに整列付着(または蒸着)され得る。ディフレクターの場合は、レンズ型ディフレクターを用いることが望ましい。

本発明による電子放出源は、多様な用途の電子カラムに用いられることができ、このような電子カラムは、電子顕微鏡、表面測定装備、表面分析電子ビーム装備、コンタクト及びビアホールの欠陥検査電子ビーム装備、欠陥用電子ビーム装備、ＣＤ−ＳＥＭ、インスペクション装備、電気的欠陥検査装備、微細回路のopen−close検査装備、アレイ検査装備、電子ビームリソグラフィを含む半導体産業またはディスプレイ産業において電子ビームを用いた測定及び検査装置用として電子ビームを形成制御する必要性がある分野で使用可能である。

１０、１００・・・電子放出源 ２０、２００・・・ソースレンズ
３０・・・ディフレクター
４０・・・フォーカスレンズ（アイツェルレンズ）
１１０・・・シリコンウエハ及びシリコン基材
１２０・・・ドープ部分 １３０・・・溝 １３１・・・内底部
１３２・・・内部溝 １４０・・・触媒
１５０・・・ナノ構造チップ １６０・・・突出部
１６１・・・突出部の底部
２１０、２３０、２５０・・・シリコン層
２２０、２４０、２６０・・・高ドープされた部分
２２２・・・アパーチャ ２２３・・・配線 ２２９・・・電極部
３００・・・絶縁層

Claims (13)

1. 所定の位置に貫通しない溝または突出部が形成された基材と、
   前記溝の内面または突出部の面内に形成されたナノ構造チップと
   を含む電子放出源。
2. 前記溝または突出部の形状が、前記電子放出源と整列される電子レンズのアパーチャまたはホールの形状に対応し、そしてその大きさは、前記電子レンズのアパーチャまたはホールの大きさと同じか、小さいことを特徴とする、請求項１に記載の電子放出源。
3. 前記基材には、金属層を含む導体層、シリコンのような半導体層、または非伝導性層が用いられ、
   前記半導体層は、非伝導性シリコン形成された場合、ナノ構造チップを取り囲むように部分的に高ドープされ、そして前記非伝導性層は、前記ナノ構造チップを取り囲むように導体部が形成されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電子放出源。
4. 前記高ドープ部分または前記導体部が、配線により外部の電圧が個別的に印加できることを特徴とする、請求項３に記載の電子放出源。
5. 前記ナノ構造チップが、前記溝の内面に形成され、前記基材の表面下に前記ナノ構造チップが位置し、前記チップの周囲に同一の電圧が印加されることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子放出源。
6. 前記ナノ構造チップが形成される溝または突出部面の厚さが、１０マイクロメートル以下で、メンブレンに形成されることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電子放出源。
7. 前記溝または突出部に、付着された触媒層または接着剤層または腐食(エッチング)層が形成され、前記ナノ構造チップが、前記触媒または接着剤または腐食(エッチング)層に成長または付着または突出することを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電子放出源。
8. 前記基材に２つ以上の溝または突出部が形成され、前記溝または突出部にナノ構造チップが個別的に含まれることを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の電子放出源。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の電子放出源を含む電子ビーム走査手段。
10. 前記電子ビーム走査手段が、電子レンズと、ディフレクターとを含み、
    前記電子レンズ、及び前記ディフレクターが、電子放出源の溝またはアパーチャだけのアパーチャを有する電子カラムであることを特徴とする、請求項９に記載の電子ビーム走査手段。
11. 前記電子ビーム走査手段が、ソースレンズ、ディフレクター、及びフォーカスレンズを含み、
    前記ソースレンズ、前記ソースレンズ及びフォーカスレンズ、またはソースレンズ、ディフレクター、及びフォーカスレンズが、前記電子放出源の電子ビーム放出個数だけのアパーチャを有するマルチ型電子カラムであることを特徴とする、請求項９に記載の電子ビーム走査手段。
12. 電子ビーム走査手段で電子放出源と電子レンズまたはディフレクターを整列する方法において、
    請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の電子放出源の溝または突出部の形状を基準にして電子レンズのアパーチャまたはディフレクターのアパーチャを整列することを特徴とする整列方法。
13. 前記ナノ構造チップが、前記溝や突出部の面の中央に位置していない場合、誤差値を予め測定し、この誤差値を反映させて前記ナノ構造チップが前記電子ビーム手段の電子光学軸に位置するように整列することを特徴とする、請求項１２に記載の整列方法。

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