JP5281004B2 - エミッタの設計方法、電子ビーム発生装置およびそれを用いたデバイス - Google Patents

Description

本発明は、エミッタの設計方法、電子ビーム発生装置およびそれを用いたデバイスに関するものである。

電子ビームを用いた機器における電子銃は、２つのタイプの陰極（エミッタ）、すなわち、熱電子放出型のエミッタと、電界放出型のエミッタとを使用している。熱電子放出型のエミッタは、タングステンのフィラメント、６ほう化ランタン（ＬａＢ_６）あるいは６ほう化セリウム（ＣｅＢ_６）からなる単結晶あるいは焼結体から構成される、尖形のエミッタを用いている。このエミッタは、加熱されると熱励起電子を出射し、これにより、電子ビームを発生する。電界放出型のエミッタは、電子ビームの出射側において、電極における円錐形端部を細く尖らせている。そして、この円錐形端部に強電界を印加することによって生じるトンネル効果やショットキー効果を利用して電子を放出し、これにより、電子ビームを発生する。

なお、微小領域において分析または解析を実効する場合には、電子ビームの径を細くするために、高輝度の電子ビームが必要となる（ここで、「輝度」とは、電子ビームにおける単位立体角あたりの電流密度として定義されるものである）。このため、近年では、走査電子顕微鏡（走査電子顕微鏡：以下では、適宜、「ＳＥＭ」と略記する）や電子線マイクロアナライザー（以下では、適宜、「ＥＰＭＡ」と略記する）、およびその他の電子ビームを用いる機器（透過電子顕微鏡、電子ビームリソグラフィー、検査機器など）によって微小領域の分析あるいは観察を行うときには、従来に採用されていた熱電子放出型のエミッタに代えて電界放出型のエミッタを採用し、これによって空間分解能を向上させている。

電界放出型のエミッタには、２つのタイプのエミッタ、すなわち、冷陰極電界放出型のエミッタ（ｃｏｌｄ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔｅｒ）と、熱陰極電界放出型のエミッタ（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔｅｒ）とがある。冷陰極電界放出型のエミッタの場合、エミッタの円錐形端部は、通常、単結晶の細いタングステンワイヤで形成されている。そして、この端部に室温で強電界を印加することによって、単結晶内の電子がトンネル効果を利用して放出され、電子ビームが発生する。熱陰極電界放出型のエミッタの場合には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）をコーティングした単結晶の細いタングステンワイヤからなるエミッタの円錐形端部を、強電界を印加した状態で加熱することによって、ショットキー効果を利用して電子を出射し、これによって電子ビームが発生する。熱電子放出型のエミッタは、上記したようにショットキー効果を利用していることから、ショットキー型エミッタとも呼ばれている。

ショットキー型エミッタでは、エミッタにおける円錐形端部をコーティングしている酸化ジルコニウムには、この円錐形端部に形成された結晶面（（１００）結晶面）の仕事関数を下げる効果がある。このため、円錐形端部から、均一かつ強い電子ビームが出射され、引き出される。なお、ショットキー型エミッタの技術は、米国特許第１４５０４２号明細書、および米国特許第１４５０４３号明細書に開示されている。

米国特許第１４５０４２号明細書 米国特許第１４５０４３号明細書

しかしながら、電界放出型のエミッタの場合には、上記したように熱電子放出型のエミッタに比べて、電流角密度が高くなる。電界放出型のエミッタでは、図９（ａ）に示した熱電子放出型のエミッタと比較すると、電子銃構造から電子ビームを出射する電子源径が、図９（ｂ）に示すように、非常に小さい（図９（ｂ）は、ショットキー型エミッタを示している）。熱電子放出型のエミッタの場合には電子源径が数十μｍである一方、ショットキー型エミッタに代表される電界放出型のエミッタでは、電子源径が数十ｎｍである。熱電子放出型のエミッタにおける電子源面積をｄＳ_ＴＥとし、電界放出型のエミッタにおける電子源面積をｄＳ_ＦＥとすると、これらの領域における互いの面積格差は、６桁までにもなる。

一方、電子ビームの立体角をｄΩとし、および、ビーム電流値（電流値をＩ_ｂとする）、電子ビームの立体角ｄΩは、要求されるビーム電流値Ｉ_ｂによって変わる。電子ビームの軸上輝度をＢとすると、ビーム電流値Ｉ_ｂは、電子源面積ｄＳと立体角ｄΩとによって、以下の（１）式のように与えられる。

Ｉ_ｂ＝Ｂ×（ｄＳ×ｄΩ） … （１）
より大きなビーム電流が必要な場合、上記（１）式からわかるように、輝度および電子源面積を一定とすると、実効的な立体角ｄΩが増していくことになる。

ショットキー型エミッタは、熱電子放出型に比べて格段に高い（３桁ほど高い）輝度を有している。しかしながら、電子源面積ｄＳ_ＦＥがｄＳ_ＴＥよりも６桁まで小さくなるので、同一のビーム電流を確保しようとしたときの電子ビームの立体角ｄΩは、熱電子放出型のエミッタよりも、ショットキー型エミッタの方が大きくなる。すなわち、熱電子放出型のエミッタにおける電子ビームの立体角をｄΩ_ＴＥとし、ショットキー型エミッタに代表される電界放出型のエミッタにおける電子ビームの立体角をｄΩ_ＦＥとすると、以下の（２）式で示されるような関係が確立される。

ｄΩ_ＦＥ＞ｄΩ_ＴＥ … （２）
すなわち、ショットキー型エミッタは熱電子放出型のエミッタよりも高い軸上輝度を有しているが、単位立体角あたりの電流である電流角密度は、ショットキー型エミッタの方が熱電子放出型のエミッタよりも小さくなる。

立体角が大きくなると、電子ビームが拡がるので、コリメーションを実施する必要がある。その結果、電界放出型のエミッタでは、出射側の下流にある加速および集束レンズ部の収差が大きな影響を及ぼし、このために、元来は高輝度であったエミッタの特性が収差の影響によって劣化し、ビーム電流の増加に伴って「見かけの輝度」が低下する。図１０は、電界放出型のエミッタの例としてショットキー型エミッタを採用し、熱電子放出型のエミッタの例としてタングステンフィラメントのエミッタを採用した場合における、ビーム電流値と輝度との関係を示すグラフである。横軸にビーム電流値をとるとともに、輝度をプロットするために縦軸を使用している。点線は、タングステンフィラメントのエミッタに関する曲線である。また、実線は、ショットキー型エミッタに関する曲線である。なお、ショットキー型エミッタでは、電流密度ｊ_ｓを１．０×１０^４Ａ／ｃｍ^２、エミッタ温度Ｔを１８００Ｋ、および、電流角密度Ｊ_ΩＳＥ＝０．４２９ｍＡ／ｓｔｒとした条件の下で、この曲線を得た。一方、熱電子放出型のエミッタでは、電流密度ｊ_ｓを３Ａ／ｃｍ^２、エミッタ温度を２８００Ｋ、および、電流角密度Ｊ_ΩＷ＝１４０ｍＡ／ｓｔｒとした条件の下で、この曲線を得た。「Ｗフィラメント」という用語は、熱電子モードで用いられるのタングステンフィラメントを示している。また、「ＳＥ」という用語は、ショットキー型エミッタを示している。

タングステンフィラメントに代表される熱電子放出型のエミッタの場合には、電流角密度が高いために、輝度の低下は実際の局面では問題にならず、ビーム電流値が１０μＡ〜２０μＡの範囲の近傍になると、輝度が下がる。一方、ショットキー型エミッタに代表される電界放出型のエミッタの場合には、電流角密度がより低く、電子源径がより小さいので、ビーム電流が１ｎＡの近傍になると輝度が下がり始め、ビーム電流が１μＡとなると輝度が６桁も下がる。

走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の場合に用いられるビーム電流はｎＡレベル以下なので、ＳＥＭに用いる場合には、ショットキー型エミッタでは輝度低下が見られない。したがって、ショットキー型エミッタは、ＳＥＭに用いることができる。しかしながら、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）などのように、サブμＡあるいはμＡのレベルのビーム電流が必要なデバイスの場合には、ショットキー型エミッタではサブμＡあるいはμＡレベルで輝度低下が見られるために、ショットキー型エミッタをＥＰＭＡなどの機器に用いても、低輝度の電子ビームしか使用することができない。したがって、ＥＰＭＡのような機器に電界放出型のエミッタを採用することは、実際上不可能である。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、ショットキー型エミッタにおける電流角密度を自由に設定することの可能な、エミッタの設計方法、電子ビーム発生装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、以下のような知見を得ている。

図１１（ａ）に示すように、ショットキー型エミッタ２０１の構成では、電子ビームの出射側Ｂにおけるエミッタ２０１の円錐形の端部２０１ａが、上記したように、コーン状に尖っている。なお、図１１（ｂ）は、その円錐形端部２０１ａを拡大して示す概略図である。円錐形端部２０１ａの曲率半径をＲとすると、Ｒは、Ｒ＜０．５μｍ〜０．６μｍの範囲にある。

なお、電子銃（エミッタ）から出射される電子ビームの軌道を「陰極軌道」と呼ぶことにすると、これらの陰極軌道における第一次的な特性は、電子銃の焦点距離によって特徴付けられる（Ｓ．Ｆｕｊｉｔａ ａｎｄ Ｈ．Ｓｈｉｍｏｙａｍａ， Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ， ５４（４）， ３３１−３４３ （２００５））。図１２は、電子銃のエミッタ（陰極）を概略的に示した図である。図１２に示すように、位置ξにある陰極表面に対して垂直に（この表面に対してある一定の角度で）出射される電子軌道と、参照面（ドリフト領域）上の光軸との間の角度をβとすると、焦点距離ｆは、以下の微分式（３）によって定義される。

１／ｆ＝−（∂ｓｉｎβ／δξ）｜_{ｕ＝０ ξ→０} … （３）
式（３）より、電子銃における焦点距離の逆数が、出現光線の角度の正弦と、陰極表面に対して垂直に出射された電子に関するスタート位置における軸外距離との、限界比となっていることがわかる。クロスオーバー径、光軸に沿って形成される電子ビームの最小ビーム径（電子源径）、および、電流角密度は、式（３）によって定義づけられた焦点距離ｆから得られる。

電子源径をｄ_ｃｏとし、ボルツマン定数をｋとし、絶対温度をＴとし、電気素量をｅとし、引き出し電極での電位（引き出し電位）をＶ_ｅｘｔとし、陰極での電流密度（陰極電流密度）をｊ_ｓとすると、電子源径ｄ_ｃｏと電流角密度Ｊ_Ωとは、それぞれ、以下の式（４）、および式（５）によって与えられる。

ｄ_ｃｏ＝２×ｆ×｛（ｋ×Ｔ）／（ｅ×Ｖ_ｅｘｔ）｝^１／２ … （４）
Ｊ_Ω＝ｆ^２×ｊ_ｓ … （５）
焦点距離ｆをより長くすると、式（４）からわかるように、電子源径ｄ_ｃｏが大きくなり、式（５）からわかるように、電流角密度Ｊ_Ωも高くなる。したがって、ショットキー型エミッタにおける電流角密度Ｊ_Ωを、適度な自由度のもとで設定するためには、焦点距離ｆを調整することだけが必要となる。

なお、電子銃の焦点距離を変化させることによる電流角密度Ｊ_Ωの増加（あるいは減少）は、電子源径ｄ_ｃｏの増加（あるいは減少）を必ず伴う。このため、輝度Ｂ自体は、以下に示すように、焦点距離に依存するものではない。
Ｂ＝Ｊ_Ω／π（ｄ_ｃｏ／２）^２＝（１／π）（ｅｊ_ｓ／ｋＴ）Ｖ_ｅｘｔ … （６）

したがって、電子の光学的に重要なパラメータ、すなわち、輝度Ｂと電流角密度Ｊ_Ωとの双方を制御するためには、電子銃の焦点距離ｆと陰極電流密度ｊ_ｓとを同時に制御する必要がある。

電子銃の焦点距離から始めよう。そこで、焦点距離ｆを定義している式（３）に着目してみる。本発明では、ショットキー型エミッタの形状を変化させることによって、電子銃の焦点距離を調整することが可能であることを見いだした。エミッタの先端半径Ｒを拡大あるいは縮小することによって、軸外距離ξを増加あるいは減少することが可能となる。ここで、軸外距離ξは、出現光線の固定された角度βに対応するものである。式（３）によって定義される焦点距離ｆは、図１２におけるｖ（＝ｓｉｎβ）を、以下の式（６）を用いてフィッティングすることによって得られる。

ｖ＝（−１／ｆ）×ξ＋ε×ξ^３ … （７）
図１３は、異なる曲率半径Ｒを有する２つのショットキー型エミッタを用いた場合における、ξとｖとの関連を示すグラフである。横軸にξをとるとともに、縦軸についてはｖをプロットするために使用している。具体的にいえば、ここでは、０．６μｍという従来サイズの曲率半径Ｒを有するように形成したショットキー型エミッタと、従来のサイズの陰極よりも大きい２．０μｍという曲率半径を有するように形成したショットキー型エミッタとを用いている。図１３に示すように、従来の標準的なショットキー型エミッタ（Ｒ＝０．６μｍ）に関する曲線は、「標準ＳＥ」と記されている。一方、従来のサイズよりも大きい曲率半径Ｒを有するショットキー型エミッタ（Ｒ＝２．０μｍ）に関する曲線は、「巨大ＳＥ」と記されている。

図１３では、ξ＝０の近傍における両方の曲線の傾きが、（−１／ｆ）の値となっている。傾きについての比較をすると、より小さい傾きを有する巨大ＳＥは、より大きい傾きをもつ標準ＳＥよりも、長い焦点距離ｆを有している。

以上のように、エミッタにおける円錐形端部の曲率半径を調整することによって、焦点距離を制御することができるとともに、その結果として、電流角密度を自由に設定することが可能となる、という知見を得るに至った。より詳細には、エミッタにおける円錐形端部の曲率半径を、従来のショットキー型エミッタに用いられているものよりも大きくするように調整することで、焦点距離が長くなり、その結果として電流角密度を増加することが可能となる、という知見を得るに至った。

次に、陰極電流密度についての調査に移る。ショットキー型エミッタおよび冷陰極電界放出型のエミッタを用いる場合、電流密度ｊ_ｓは、陰極における電界強度の関数となる。点陰極チップの場合、電界は、その曲率半径が小さいほど強くなる。このため、この半径の変化は、電界強度に影響する。他の電極構成および印加する電圧を変えない場合には、エミッタを大きくすると、電界は小さくなる。印加する電圧については、放電のリスクを伴うことなく無制限に増大することは不可能である。このため、エミッタの半径をより大きくした場合に十分に高い電界を正常な状態とするためには、電極構成に何らかの補償が必要となる。それを実現する一つの効果的な方法は、エミッタ、サプレッサおよび引き出しからなるショットキー型エミッタモジュール構成において、サプレッサからのエミッタの突き出し長を長くすることである。エミッタの先端半径に応じて適切な突き出し長を設定することによって、適切な電界を印加する条件の下で、十分に高い先端電界を確保することが可能となる。

したがって、本発明者によって得られた知見に基づいてここに報告する本発明は、以下のような構成を有している。

すなわち、前者の本発明にかかるエミッタの設計方法は、電子エミッタに電界を印加することによってショットキー効果によって電子エミッタから電子ビームを発生するエミッタの設計方法であり、上記の電子エミッタが円錐形状の尖った先端部を有しており、さらに、上記先端部の曲率半径を調整するステップを含んでおり、これによって上記先端部から出射される電子ビームの焦点距離を制御し、これによって上記ビームの電流角密度を制御する、エミッタの設計方法である。

本発明にかかるエミッタの設計方法では、曲率半径が１μｍ以上の範囲から選択される。曲率半径を１μｍ以上の範囲から選択することによって、曲率半径が０．５μｍ以上から０．６μｍ以下までの範囲にある従来の場合よりも、焦点距離が長くなるように制御され、さらにその上、従来の場合よりも、電流角密度を高い値に制御することが可能となる。

前者の本発明にかかる上記のエミッタの設計方法は、
陰極電流密度をｊ _ｓ とし、電子銃焦点距離をｆとし、電流角密度をＪ _Ω としたときに、
Ｊ _Ω ＝ｆ ^２ ×ｊ _ｓ … （５）
なる式（５）に基づいて、前記電子銃焦点距離ｆおよび前記陰極電流密度ｊ _ｓ を調整することにより、前記電流角密度Ｊ _Ω を調整するために、
円錐形端部における曲率半径を調整することによって前記電子銃焦点距離ｆを調整する、曲率半径調整ステップと、
電界をつくる２つの電極のうち、出射方向とは逆側に配置され負の電圧が印加されるサプレッサ電極からの円錐形端部の長さである突き出し長を調整することによって前記陰極電流密度ｊ _ｓ を調整する、突き出し長調整ステップと、
この突き出し長と上記の曲率半径との組み合わせの範囲を、ショットキーモードでの電界出射に必要な電界の値に基づいて設定する組み合わせ範囲設定ステップと、を含み、
突き出し長調整ステップでは、曲率半径調整ステップにおいて調整された曲率半径に応じた組み合わせ範囲から、突き出し長を選択するようになっている。

突き出し長を選択する上記のエミッタの設計方法によれば、突き出し長を調整することによって、陰極電流密度ｊ _ｓ を調整し円錐形端部の電界強度を制御することが可能となる。具体的には、Ｊ _Ω ＝ｆ ^２ ×ｊ _ｓ … （５）なる式（５）に基づいて、電子銃焦点距離ｆおよび陰極電流密度ｊ _ｓ を調整することにより、電流角密度Ｊ _Ω を調整するために、円錐形端部における曲率半径を調整することによって電子銃焦点距離ｆを調整する。したがって、ショットキー型エミッタにおいて、必要な電界強度を確保することができるように、突き出し長を調整する。この突き出し長における電界の特性は、また、エミッタの曲率半径に応じて変化する。したがって、組み合わせ範囲設定ステップにおいて、突き出し長と曲率半径との組み合わせの範囲を、ショットキーモードでの電界出射に必要な電界の値に基づいて設定する。突き出し長を、曲率半径ステップにおいて調整された曲率半径に応じて、組み合わせの範囲から選択する。この選択によって、突き出し長を、曲率半径に応じて調整することが可能となる。

突き出し長を選択する上記のエミッタの設計方法における好適な実施例では、曲率半径調整ステップにおいて、曲率半径を１μｍ以上から４μｍ以下までの範囲から選択する。そして、突き出し長を、曲率半径調整ステップ（図４参照）において調整された曲率半径に応じた組み合わせ範囲から、２００μｍ以上から１５００μｍ以下までであって、ショットキーモードでの電界出射に必要な電界の値に基づいて円錐形端部の先端部の曲率半径との組み合わせによって定められた範囲で選択するようになっている。これにより、先端部での適切な電界を形成する高い陰極電流密度ｊ_ｓを確保することによって、ショットキー型エミッタにおける高ビーム輝度を維持しながら、電流角密度を従来の値よりも増加する制御を実現することが可能となる。

後者の本発明にかかるエミッタの設計方法は、エミッタ加工ステップを含んでいることが好ましい。このエミッタ加工ステップでは、上記した円錐形端部の突き出し長を調整し、さらに、電界を印加する２つの電極のうちの負の電圧が印加される出射側とは逆側に配置されたサプレッサ電極よりも、出射側とは逆側から円錐形端部が形成されることでエミッタの当該出射側に、（１００）結晶面が現れることを回避するような加工をエミッタに施すようになっている。

サプレッサ電極よりも、出射側とは逆側から円錐形端部が形成されることでエミッタの当該出射側に（１００）結晶面が現れないような加工を実施する上記のエミッタの設計方法によれば、不必要な（１００）面が、サプレッサ電極の出射側と反対側にある後方部分に隠れる。これにより、不必要な引き出し電流を抑制することが可能となる。

前者の本発明にかかる電子ビーム発生装置は、
請求項１記載の設計方法で設計されたエミッタと、前記エミッタの円錐形端部に電界を印加する２つの前記電極とを備え、上記の円錐形端部に電界を印加することによって、ショットキー効果を利用して電子を出射し、これにより電子ビームを発生する電子ビーム発生装置である。

本発明にかかる電子ビーム発生装置によれば、円錐形端部の曲率半径が１μｍ以上であるため、曲率半径が０．５μｍから０．６μｍ以下までの範囲にある従来の場合に比して、焦点距離を長くすることが可能となる。さらに、得られる電流角密度を、従来の構成の下で得られる値よりも高くすることができる。これに加えて、上記のような先端半径に応じた適切な突き出し長を選択することによって、エミッタ先端部の電界が十分に高く維持されているので、陰極電流密度およびビーム輝度を維持することが可能となる。

前者の本発明にかかる上記の電子ビーム発生装置を備えた電子ビームデバイスは、電子ビームの出射側にコーン状に尖った円錐形状端部を有するエミッタと、このエミッタの円錐形端部に電界を印加する２つの電極とを備えており、この円錐形端部に電界を印加することによって、ショットキー効果を利用して電子を出射し、これにより電子ビームを発生する電子ビーム発生装置を用いたデバイスにおいて、
この電子ビーム発生装置が、上記した円錐形端部の曲率半径が１μｍ以上であるという改良点を有しており、
さらに、電子ビーム発生装置によって発生した電子ビームに基づいて所定の処理を実施する処理手段を有している、デバイスである。

本発明にかかる電子ビーム発生装置を用いた上記のデバイスによれば、円錐形端部の曲率半径が１μｍ以上であるため、曲率半径が０．５μｍから０．６μｍ以下までの範囲にある従来の場合よりも、焦点距離を長くすることが可能となるとともに、電流角密度を従来よりも高くすることができる。これに加えて、電流角密度が従来よりも高いために、ビーム電流とともに輝度が低下しにくい。このため、上記の処理手段が、高輝度の電子ビームを用いて所定の処理を実施することが可能となる。これにより、この処理手段を、さまざまなデバイスに応用することが可能となる。

本発明にかかる電子ビーム発生装置を用いたデバイスの一実施例は、試料に対する分析あるいは観察を実施する電子線マイクロアナライザーであって、上記の処理手段が、試料に対して電子ビームを照射することで試料から発生するＸ線に基づいてＸ線像を得ることによって、あるいは、試料に対して電子ビームを照射することで試料から発生する２次的な電子あるいは反射電子に基づいて電子ビーム像を得ることによって、試料に対する分析あるいは観察を実施する、電子線マイクロアナライザーである。

電子線マイクロアナライザーは、試料の微小領域に対する分析あるいは観察のために最適なものである。

本発明にかかる電子ビーム発生装置を用いたデバイスの他の実施例は、Ｘ線チューブであって、上記の処理手段が、電子ビームを衝突させることによってＸ線を発生するターゲットである、Ｘ線チューブである。

上記したＸ線チューブは、高輝度の電子ビームを出射するエミッタを備えているので、ターゲットに照射される際における電子ビームの角度を小さく抑えることができる。これにより、ターゲット上におけるＸ線の発生領域を小さくすることが可能となる。したがって、Ｘ線像の空間分解能を向上させることができる。

本発明にかかる電子ビーム発生装置を用いたデバイスにおけるさらに他の実施例は、電子ビームリソグラフィーシステムであって、上記の処理手段が、電子ビームを利用してリソグラフィーを実施するものである。

上記の電子ビームリソグラフィーシステムは、高輝度の電子ビームを出射するエミッタを備えているので、リソグラフィーを行うパターン上の１点に集光する電子ビームの角度を小さく抑えることができる。これにより、リソグラフィーのターゲット上に形成されるリングラフィーのパターンにおける空間分解能を向上させることが可能となる。

前者の本発明にかかる（請求項３記載の）電子ビーム発生装置を電子ビームを発生する電子ビーム発生装置として用いたデバイスの実施例は、以下の通りである。すなわち、電子ビーム発生手段によって発生した電子ビームに基づいて所定の処理を実施する処理手段を有している。

後者の電子ビーム発生装置、あるいは電子ビーム発生装置を用いたデバイスでは、エミッタは、サプレッサ電極よりも、出射側とは逆側から円錐形端部が形成されることでエミッタの当該出射側に、（１００）結晶面が現れない形状を有している。上記のサプレッサ電極は、電界を印加する２つの電極のうち出射側とは逆側にあり、負の電圧が印加されている電極である。

この場合には、不必要な（１００）面が、サプレッサ電極の出射側と反対側にある後方部分に隠れる。これにより、不必要な引き出し電流を抑制することが可能となる。

本発明にかかるエミッタは、電子ビームの照射側におけるエミッタの円錐形端部が、コーン状に尖っており、電界を印加されることによってショットキー効果を利用して電子を出射することで、電子ビームを発生するエミッタにおいて、
上記の円錐形端部における曲率半径が１μｍ以上である、という改良点を有している、エミッタである。

本発明にかかるエミッタによれば、上記した円錐形端部の曲率半径が１μｍ以上なので、曲率半径が０．５μｍから０．６μｍ以下までの範囲にある従来技術よりも、焦点距離を長くすることができる。さらに、電流角密度を、従来よりも高くすることが可能となる。

ショットキーモードでの電界出射に必要な電界の値に基づく、提示された曲率半径と突き出し長との組み合わせの範囲（十分に高い先端電界を確保する範囲（図４参照））にしたがって、１μｍ以上から４μｍ以下までの範囲にある曲率半径を有するエミッタの突き出し長を、２００μｍ以上から１５００μｍ以下までの範囲で調整する場合には、ビーム輝度を高く維持することが可能となる。

本発明にかかるエミッタは、好ましくは、エミッタの出射側に（１００）結晶面が現れないような形状を有している。

この場合、不必要な（１００）結晶面が、サプレッサ電極の出射側と反対側にある後方部分に隠れる。このため、不必要な引き出し電流を抑制することが可能となる。

本発明を説明するために、現時点で好ましい複数の形態を図に示している。しかしながら、図示されたとおりの構成および使用に本発明が限定されるわけではなことを理解されたい。

（ａ）は、本発明の一実施例にかかるショットキー型エミッタを示す概略図、（ｂ）は、上記のエミッタにおける円錐形端部を拡大した概略図、（ｃ）は、従来のエミッタの円錐形端部と比較するための拡大図である。 上記のショットキー型エミッタを備えた電子ビーム発生装置の概略図である。 上記の電子ビーム発生装置を備えた電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）における、概略的なブロック図である。 突き出し長と曲率半径との組み合わせの範囲を概略的に示すグラフである。 （ａ）は、サプレッサ電極と、ＤＣエッチング法あるいは類似の形状を形成するための類似の手段によって加工されたショットキー型エミッタとの構成を示す概略図、（ｂ）は、サプレッサ電極と、ＡＣエッチング法あるいは類似の形状を形成するための類似の手段によって加工されたショットキー型エミッタとの構成を示す概略図である。 本発明の実施例、従来技術の標準的なショットキー型エミッタ、および、タングステンフィラメントのエミッタにおける、ビーム電流値と輝度低下との関係を示すグラフである。 ショットキー型エミッタを備えたマイクロフォーカスＸ線チューブにおける、概略的なブロック図である。 ショットキー型エミッタを備えた電子ビーム露光システムにおける、概略的なブロック図である。 （ａ）は、熱電子放出型のエミッタにおける電子銃から電子ビームが出射される場合における、電子源特性を概略的に示す図、（ｂ）は、電界放出型のエミッタにおける電子銃から電子ビームが出射される場合における、電子源特性を概略的に示す図である。 従来のショットキー型エミッタおよびタングステンフィラメントのエミッタにおける、ビーム電流値と輝度との関係を示すグラフである。 （ａ）は、従来のショットキー型エミッタを示す概略図、（ｂ）は、上記のエミッタにおける円錐形端部を拡大して示す概略図である。 電子銃のエミッタ、および、電子銃の焦点距離の定義を概略的に示す図である。 本発明を想定するための知見を説明するグラフである。

以下に、本発明の好適な実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の一実施例にかかるショットキー型エミッタを示す概略図である。図１（ｂ）は、このエミッタにおける円錐形端部を拡大した概略図である。図１（ｃ）は、従来のエミッタにおける円錐形端部と比較するための拡大図である。図２は、このショットキー型エミッタを備えた電子ビーム発生装置の概略図である。図３は、この電子ビーム発生装置を備えた電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）の概略的なブロック図である。

図１（ａ）に示すように、本実施例にかかるショットキー型エミッタ１は、電子ビームＢの出射側に、コーン状に尖った円錐形端部１ａを有している（ここで、この図における符合「Ｂ」は、電子ビームを意味するものであり、輝度を示す量と混同されるべきものではない）。ショットキー型エミッタ１は、タングステンの単結晶ワイヤに、酸化ジルコニウム層をコーティングした構成を有している。図１（ｂ）に示すように、この円錐形端部１ａの曲率半径Ｒは、２．０μｍであり、好ましくは１μｍ以上である。これは、０．５μｍから０．６μｍ以下の範囲（図１１（ｂ）および図１（ｃ）を参照）にある従来の円錐形端部２０１ａよりも大きい。なお、図１（ｃ）では、本実施例にかかるショットキー型エミッタ１の円錐形端部１ａを、２点鎖線で示している。

このショットキー型エミッタ１を備えた電子ビーム発生装置１０は、図２に示すように、ショットキー型エミッタ１の円錐形端部１ａに電界を印加する２つの電極２および３と、電子ビームＢを引き出す陽極４と、電子ビームＢを集光する集束レンズ５とを備えている。このショットキー型エミッタ１と、電極２および３（後述するサプレッサ電極２および引き出し電極３）とからなる部分は、電子源と呼ばれる。この電子源については、ショットキー型エミッタ１の電位を基準にとると理解しやすい（図２では、この電位は０Ｖである。現実的には、エミッタ１の電位は、通常、負の高電位となる）。この円錐形端部１ａを電極２および３によって強電界を印加した状態で加熱することによって、ショットキー効果を利用して電子が出射され、これにより、電子ビーム発生装置１０によって電子ビームＢが発生する。この電子ビーム発生装置１０は、本発明における電子ビーム発生装置に相当し、電子ビーム発生装置にも相当する。

２つの電極２および３のうち、出射側とは逆側に配置され、負の電圧（図２では、−３００Ｖ）を印加されている電極２は、サプレッサ電極２である。また、出射側に配置され、正の電圧（図２では、６４２３Ｖ）を印加されている電極３は、引き出し電極３である。

陽極４は、陰極として機能するショットキー型エミッタ１に対向して配置されており、エミッタ１に対して正となる電圧を印加されている。そして、この陽極４は、ショットキー型エミッタ１から出射された電子ビームＢを引きつける。電子ビームＢは、この陽極４による引きつけにより加速される。

集束レンズ５は、円環状に構成されている。図示しないレンズ電源から集束レンズ５に電流が供給されることによって磁界を発生し、光学的な集束レンズ内の光と同様に、電子ビームＢを集光する。

再び図２を参照して、電子ビーム発生装置１０における、ショットキー型エミッタ１、電極２および３、陽極４および集束レンズ５の構成について説明する。サプレッサ電極２および引き出し電極３は、互いに７００μｍの間隔をおいて配置されている。この間隔が従来のショットキー型エミッタの構成に類似していても、各電極の配置は独自のものである。サプレッサ電極２から円錐形端部１ａにおける先端部のポイントまでの長さは、Ｌ_ｓｔで示されている。一方、円錐形端部１ａにおける先端部のポイントから引き出し電極３までの長さは、Ｌ_ＴＥで示されている。したがって、Ｌ_ｓｔ＋Ｌ_ＴＥ＝７００μｍという関係が確立されている。従来のように２５０μｍの同じ突き出し長Ｌ_ｓｔでエミッタが動作される場合、円錐形端部１ａにおける電界強度Ｆについて、必要な値（この場合には、Ｆ＝１×１０^９Ｖ／ｍ）を確保することはできない。このため、電界強度Ｆを必要な値（１×１０^９Ｖ／ｍ）に上昇させるために、突き出し長Ｌ_ｓｔは、従来の場合よりも長く設定されている。円錐形端部１ａにおける曲率半径Ｒが２μｍであるショットキー型エミッタの場合、ショットキー型エミッタ１およびサプレッサ電極２は、突き出し長Ｌ_ｓｔが４００μｍとなるように配置される。このため、Ｌ_ＴＥは、３００μｍ（＝７００μｍ−Ｌ_ｓｔ）となる。

円錐形端部１ａにおける必要な電界強度Ｆを確保するために、突き出し長Ｌ_ｓｔは、曲率半径Ｒに適合するように調整される。すなわち、突き出し長Ｌ_ｓｔに対する電界の特性も、曲率半径Ｒに依存して変化する。したがって、図４に示すように、突き出し長Ｌ_ｓｔと曲率半径Ｒとの組み合わせの範囲は、ショットキーモードでの電界出射に必要な電界の値に基づいて、あらかじめ設定される。この場合、必要な電界強度Ｆ（１×１０^９Ｖ／ｍ）に適切な組み合わせの範囲を見積もるために、突き出し長Ｌ_ｓｔと曲率半径Ｒとを個々に変化させる（図４においてクロスハッチングされた部分を参照）。すなわち、ショットキー型エミッタ１を動作させるために必要な曲率半径Ｒと突き出し長Ｌ_ｓｔとの組み合わせの範囲は、図４におけるハッチング領域によって規定されている。なお、図４では、従来の標準的なショットキー型エミッタ（Ｒ＝０．５μｍ）における曲率半径Ｒと突き出し長Ｌ_ｓｔとの組み合わせ（Ｒ＝０．５μｍ、Ｌ_ｓｔ＝２５０μｍ）を、「ｘ」印で示している。

陽極４と集束レンズ５との距離をＬとする。熱電子放出型のエミッタの場合には、陽極４と集束レンズ５とは、Ｌ＝１００ｍｍ程度の値の距離をおいて配置されている。Ｌが長くなってレンズ収差係数が大きくなるが、熱電子放出型のエミッタは大きな電流角密度を有するので、大きなビーム径を招来する大きな収差についての問題は生じない。これに対して、ショットキー型エミッタにおける場合には、電流角密度が小さいので、レンズ収差係数が大きくなることで、ショットキー型エミッタの本来的な高輝度が劣化する。このため、ショットキー型エミッタの場合には、レンズ収差係数を抑えるために、できるかぎりＬを０ｍｍに近づけることで、ショットキー型エミッタ１側の近くになるように集束レンズ５を配置することが好ましい。

ショットキー型エミッタ１が、直流（ＤＣ）エッチング法あるいはその他の適切な手段を用いて加工される場合、図５（ａ）に示すように、不必要な（１００）結晶面が、サプレッサ電極２よりも前面、すなわち出射側に現れる（図における右斜線のハッチングを参照）。そして、酸化ジルコニウム層の作用によって（１００）結晶面の仕事関数が低下し、電源の負荷が増加することによって、不必要な引き出し電流が引き出される。その結果、より大きいガスの放出率（周囲の電極表面からのガス負荷）が発生して、エミッタの近傍における真空度が劣化する。なお、ＤＣエッチング法という用語は、エッチングにおいて使用される電極の極性を変えることなく実施されるエッチングのことである。

これに対して、ショットキー型エミッタ１を形成する際に、交流（ＡＣ）エッチング法あるいは同様の手段を用いると、図５（ｂ）に示すように、コーン形状の円錐形端部１ａがより長くなるように、斜め方向に、エッチングを実施することが可能となる。このＡＣエッチング法は、斜め方向にエッチングされたマクロな表面を得ることを可能とするだけでなく、（１００）とは異なる結晶面をミクロスコピックに生成することも可能とする。したがって、ショットキー型エミッタ１をＡＣエッチング法を用いて加工することによって、サプレッサ電極２から外に向かう出射側におけるエミッタ側面部分の結晶表面に、（１００）は現れない。ここで、「エミッタ側面」という用語は、電子ビームＢの出射方向に対して平行な面のことである。したがって、図における右斜線のハッチングは、エミッタ側面部分における（１００）結晶面を示している。このような構成をとることにより、不必要な（１００）結晶面が、サプレッサ電極２の出射側と反対側にある後方部分に隠れる。これにより、不必要な引き出し電流を抑制することが可能となる。なお、ＡＣエッチング法という用語は、エッチングのために使用される電極の極性を交互に変えながらエッチングを実施することである。

次に、電子ビームを制御するための方法について説明する。まず、円錐形端部１ａの曲率半径Ｒを調整する。電子銃の焦点距離ｆをより長くするように制御するため、および、電流角密度をより高くするように制御するために、曲率半径Ｒを、従来よりも大きい値に調整する。従来における円錐形端部１ａの曲率半径Ｒは、０．５μｍから０．６μｍ以下までの範囲である。このため、曲率半径Ｒについては、１μｍ以上の範囲から選択することが好ましい。ここに一例として示した一実施形態では、曲率半径Ｒは、２μｍとなるように選択されている。

上記したように、突き出し長Ｌ_ｓｔと曲率半径Ｒとの組み合わせの範囲は、ショットキーモードでの電界出射に必要な電界の値に基づいて、あらかじめ設定される。サプレッサ電極２およびショットキー型エミッタ１は、突き出し長Ｌ_ｓｔを決定することによって配置される。この突き出し長Ｌ_ｓｔは、サプレッサ電極２からショットキー型エミッタ１における円錐形端部の先端部までの長さである。突き出し長Ｌ_ｓｔを調整する際、突き出し長Ｌ_ｓｔは、図４に示す組み合わせの範囲から、調整された曲率半径Ｒに応じて選択される。

図４では、曲率半径Ｒと突き出し長Ｌ_ｓｔとにおける所望の組み合わせの範囲は、１μｍ＜Ｒ＜４μｍ、および、２００μｍ＜Ｌ_ｓｔ＜１５００μｍの範囲内で選択された範囲内に規定されている。ここで一例として示している一実施形態では、曲率半径Ｒと突き出し長Ｌ_ｓｔとの組み合わせ（Ｒ＝２．０μｍ、および、Ｌ_ｓｔ＝４００μｍ）が選択されている。図４に示した組み合わせの範囲で組み合わせポイントを選択することによって、円錐形端部１ａでの電界強度Ｆを制御することが可能となる（本実施例では、Ｆ＝１×１０^９Ｖ／ｍ）。

電子ビームＢの焦点距離ｆは、上記のように調整された曲率半径Ｒによって制御される。電子ビームＢの電流角密度は、制御された焦点距離ｆによって制御される。このとき、このビームの輝度は、エミッタの突き出し長の調整によって十分に大きい先端電界を保証することによって、本質的に高い値に維持される。

また、円錐形端部１ａの曲率半径が１μｍ以上から４μｍ以下までの範囲に設定され、さらに、ショットキー型エミッタ１の突き出し長Ｌ_ｓｔが２００μｍ以上から１５００μｍ以下までであって、ショットキーモードでの電界出射に必要な電界の値に基づいて円錐形端部１ａの先端部の曲率半径との組み合わせによって定められた範囲になるように調整される場合には、電流角密度を従来よりも高くすることができ、同時に、円錐形端部１ａでの電界強度Ｆを、高いビーム輝度を維持するように制御することが可能となる。

電流角密度が従来の配置よりも高いために、ビーム電流を比較的に高くした場合でも輝度がほとんど下がらない。また、本実施例におけるＥＰＭＡ５０においては、元素分析処理部２０および表面観察処理部３０が、それぞれ高輝度の電子ビームを用いて、元素分析処理および表面観察処理のような所定の処理を実施することが可能である。したがって、本発明については、このようなＥＰＭＡ５０などに代表されるさまざまな装置に適用することが可能である。

なお、本実施例にかかる電子ビーム発生装置１０がＥＰＭＡ５０に用いられた場合には、以下に示す効果が発揮される。すなわち、ＥＰＭＡ５０は、サブμＡあるいはμＡのレベルのビーム電流を必要とするが、サブμＡあるいはμＡのレベルであっても、ＥＰＭＡ５０では、ショットキー型エミッタ１における輝度の低下が見られないことが、図６においても確認される。

図６は、本実施例にかかるショットキー型エミッタ１（Ｒ＝２．０μｍ）、従来技術における標準的なショットキー型エミッタ（Ｒ＝０．６μｍ）、および、熱電子放出型のエミッタとしてのタングステンフィラメントのエミッタにおける、ビーム電流値と輝度との関係を示すグラフである。すなわち、図６は、本実施例にかかるショットキー型エミッタ１におけるビーム電流値と輝度との関係を示すグラフを、図１０に付け加えることで得られたものである。図６は、図１０と同じ条件で得られたものである。しかしながら、本実施例にかかるショットキー型エミッタ１については、電流密度ｊ_ｓが１．０×１０^４Ａ／ｃｍ^２、温度Ｔが１８００Ｋ、および、電流角密度Ｊ_ΩＧＳＥが２．２２ｍＡ／ｓｔｒ、という条件の下で上記の関係を得た。点線で描かれた曲線は、タングステンフィラメントのエミッタに関する曲線である。また、図６において実線で描かれた２つの曲線は、ショットキー型エミッタに関する曲線である。ここで、グラフ中の「巨大ＳＥ」は、従来よりも円錐形端部１ａの曲率半径Ｒを大きくした、本実施例にかかるショットキー型エミッタ１（Ｒ＝２．０μｍ）に関する曲線を示している。また、「標準ＳＥ」は、従来の標準的なショットキー型エミッタ（Ｒ＝０．６μｍ）に関する曲線を示している。そして、グラフ中の「Ｗフィラメント」というマークは、タングステンフィラメントを示している。

図６からわかるように、従来の標準的なショットキー型エミッタの場合には、電流角密度が低く電子源径が小さいために、ビーム電流が１ｎＡの近傍あるいはそれより大きくなると、輝度が下がり始める。そして、１μＡのレベルでは、輝度は６桁も下がる。これに対して、本実施例にかかるショットキー型エミッタ１の場合には、電流角密度が高いので、標準的なショットキー型エミッタと比べると輝度が下がりにくく、集束レンズ５の位置を適切に選択すれば、約１μＡで輝度が下がり始めることが確認される。したがって、ショットキー型エミッタを、ＥＰＭＡ５０のようなサブμＡあるいはμＡのレベルのビーム電流を必要とするデバイスに応用することが可能となる。

本発明については、本実施形態に限られることなく、以下のように変形することが可能である。

（１）上記した実施例では、電子ビーム発生装置を用いたデバイスの例として、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）について説明した。しかしながら、電子ビーム発生装置が内部で使用されている限り、デバイスに関する特別の限定はない。例えば、このデバイスは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）であってもよいし、透過型電子顕微鏡（透過型電子顕微鏡：以下では、適宜、「ＴＥＭ」と略記する）であってもよい。また、マイクロフォーカスＸ線チューブであってもよいし、オージェ電子分光器であってもよいし、電子ビームリソグラフィーシステムであってもよいし、電子ビームライターであってもよい。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）は、数十〜数百ナノメートルの範囲程度の厚さの薄膜の試料に電子ビームを透過させることによって、その投影像を観察することのできるものである。マイクロフォーカスＸ線チューブは、電子ビームをターゲットに衝突させることによって、サブμｍ〜数μｍの範囲程度の微小径のＸ線ビームを発生させるものである。オージェ電子分光器は、オージェ電子のエネルギーを調べて、試料の元素分析を実施するものである。電子ビームリソグラフィーシステムは、従来技術における光に代えて電子ビームを用いて、リソグラフィーを実施するものである。電子ビームライターは、高密度の光ディスクのために「マスタ」を生成するものである。

上記のマイクロフォーカスＸ線チューブについて説明する。また、これだけでなく、電子ビームリソグラフィー装置の例として、電子ビーム露光システムについても説明する。図７は、マイクロフォーカスＸ線チューブにおける概略的なブロック図であり、図８は、電子ビーム露光システムにおける概略的なブロック図である。

電子ビーム発生装置１０を備えたマイクロフォーカスＸ線チューブ７０は、図７に示すように、電子ビームとの衝突によってＸ線を発生させるターゲット６０を備えている。また、電子ビーム発生装置１０は、サプレッサ電極２、引き出し電極３、陽極４、および、集束レンズ５を備えており、さらに、これらだけでなく、絞りレンズ６および対物レンズ７も備えている。また、絞りレンズ６は、電子ビームＢの集光角を規定する径減少孔（ｄｉａｍｅｔｅｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｈｏｌｅ）を有する、アパーチャ６ａを備えている。電子ビームＢの照射方向における上流側（エミッタ１側）から下流側に向かって、順に、集束レンズ５、絞りレンズ６、対物レンズ７およびターゲット６０が、連続的に配置されている。ターゲット６０は、タングステンに代表されるＸ線発生物質から形成されている。このターゲット６０は、本発明における処理手段に相当する。

マイクロフォーカスＸ線チューブ７０は、高いビーム電流の条件下でも電子ビームの輝度が劣化しないショットキー型エミッタ１を備えている。このため、ターゲット７０が電子ビームＢの照射を受けるときにおける電子ビームＢの角度を、小さく抑えることが可能となる。これにより、ターゲット上に集束する電子ビームのサイズを小さくすることができる。したがって、ターゲット６０におけるＸ線の発生領域を小さくすることができ、Ｘ線像の空間分解能が向上する。

電子ビーム発生装置１０を備えた電子ビーム露光システム９０は、図８に示すように、基板Ｗに対する露光を実施する露光処理部８０を備えている。また、電子ビーム発生装置１０は、サプレッサ電極２、引き出し電極３、陽極４、および、集束レンズ５を備えている。露光処理部８０は、照射レンズ８１、結像レンズ８２、シェーピングアパーチャ８３、ブランカー８４、レチクル８５、および、コントラストアパーチャ８６を備えている。レチクル８５は、露光パターンの原図である。露光処理部８０は、本発明における処理手段に相当する。

図８に示す電子ビーム露光システム８０では、それぞれ一対になっているレンズ５、８１および８２が、互いに重ねられて配置されている。そして、電子ビームＢの照射方向に対して下流側の集束レンズ５と上流側の照射レンズ８１との間に、シェーピングアパーチャ８３が配置されている。さらに、これだけでなく、電子ビームＢの照射方向に対して上流側の照射レンズ８１と下流側の照射レンズ８１との間に、ブランカー８４が配置されている。また、下流側の照射レンズ８１と上流側の結像レンズ８２との間に、レチクル８５が配置されている。さらに、これだけでなく、上流側の結像レンズ８２と下流側の結像レンズ８２との間に、コントラストアパーチャ８６が配置されている。

電子ビーム露光装置９０は、高輝度の電子ビームＢを出射するショットキー型エミッタ１を備えているので、レチクル８５上の１点に集束する電子ビームＢの角度を小さく抑えることができる。したがって、基板Ｗ上に集束する露光パターンの空間分解能を向上させることが可能となる。

（２）上記した実施例では、ショットキー型エミッタ１の形成にＡＣエッチング法を採用することにより、サプレッサ電極２よりも、出射側とは逆側から円錐形端部が形成されることでエミッタの当該出射側に（１００）結晶面が現れないようにしているが、エミッタの当該出射側に（１００）結晶面が現れない限り、ＡＣエッチング法に対する限定はない。

（３）上記した実施例では、ショットキー型エミッタ１は、サプレッサ電極２から外に向かう出射側におけるエミッタの出射側に（１００）結晶面が現れない形状を有している。しかしながら、不必要な引き出し電流を抑制しないのであれば、ショットキー型エミッタ１は、図５（ｂ）に示した形状を有することを要求される必要はない。例えば、図５（ａ）に示すように、不必要な（１００）結晶面がサプレッサ電極２よりも前面に現れてもよい。

本発明については、その思想または本質的な特性から逸脱することなく、他の具体的な形態で実施することが可能である。したがって、本発明の範囲を示すものとしては、上記した説明ではなく、添付した特許請求の範囲を参照すべきである。

Claims (6)

1. エミッタにおける電子ビームの出射側のコーン状に尖った円錐形端部に電界を印加した状態でショットキー効果を利用することによって、この円錐形端部から電子を出射して電子ビームを発生するエミッタの設計方法において、
   陰極電流密度をｊ _ｓ とし、電子銃焦点距離をｆとし、電流角密度をＪ _Ω としたときに、
   Ｊ _Ω ＝ｆ ^２ ×ｊ _ｓ … （５）
   なる式（５）に基づいて、前記電子銃焦点距離ｆおよび前記陰極電流密度ｊ _ｓ を調整することにより、前記電流角密度Ｊ _Ω を調整するために、
   円錐形端部における曲率半径を調整することによって前記電子銃焦点距離ｆを調整する、曲率半径調整ステップと、
   電界をつくる２つの電極のうち出射側とは逆側にあり負の電圧が印加されるサプレッサ電極から外に向かう出射側に前記円錐形端部が突き出されている場合に、このサプレッサ電極からの円錐形端部の長さである突き出し長を調整することによって前記陰極電流密度ｊ _ｓ を調整する、突き出し長調整ステップと、
   この突き出し長と前記曲率半径との組み合わせの範囲を、ショットキーモードでの電界出射に必要な電界の値に基づいて設定する組み合わせ範囲設定ステップと、を含み、
   前記突き出し長調整ステップにおいて、前記組み合わせ範囲に基づく曲率半径調整ステップにおいて調整された曲率半径に応じた組み合わせ範囲から、突き出し長を選択し、
   前記曲率半径調整ステップでは、曲率半径を１μｍ以上から４μｍ以下までの範囲から選択し、
   前記組み合わせ範囲および曲率半径に基づく前記曲率半径調整ステップにおいて調整された曲率半径に応じた組み合わせ範囲から、２００μｍ以上から１５００μｍ以下までの範囲で突き出し長を選択する、エミッタの設計方法。
2. エミッタにおける電子ビームの出射側のコーン状に尖った円錐形端部に電界を印加した状態でショットキー効果を利用することによって、この円錐形端部から電子を出射して電子ビームを発生するエミッタの設計方法において、
   円錐形端部における曲率半径を調整する曲率半径調整ステップを含んでおり、
   電界をつくる２つの電極のうち出射側とは逆側にあり負の電圧が印加されるサプレッサ電極から外に向かう出射側に前記円錐形端部が突き出されている場合に、このサプレッサ電極からの円錐形端部の長さである突き出し長を調整し、さらに、
   電界を印加する２つの電極のうちの負の電圧が印加される出射側とは逆側に配置されたサプレッサ電極よりも、出射側とは逆側から円錐形端部が形成されることでエミッタの当該出射側に、（１００）結晶面が現れないような加工をエミッタに施すエミッタ加工ステップをさらに含む、エミッタの設計方法。
3. 請求項１記載の設計方法で設計されたエミッタと、
   前記エミッタの円錐形端部に電界を印加する２つの前記電極とを備え、
   前記円錐形端部に電界を印加することによって、ショットキー効果を利用して電子を出射し、これにより電子ビームを発生する電子ビーム発生装置。
4. 電子ビームの出射側にコーン状に尖った円錐形端部を有するエミッタと、
   このエミッタの円錐形端部に電界を印加する２つの電極とを備え、
   前記円錐形端部に電界を印加することによって、ショットキー効果を利用して電子を出射し、これにより電子ビームを発生する電子ビーム発生装置において、
   電界をつくる２つの電極のうち出射側とは逆側に配置され負の電圧を印加するサプレッサ電極よりも、出射側とは逆側から円錐形端部が形成されることでエミッタの当該出射側に（１００）結晶面が現れない形状を、前記エミッタが有している、電子ビーム発生装置。
5. 請求項３記載の電子ビーム発生装置を電子ビームを発生する電子ビーム発生手段として用いた装置において、
   電子ビーム発生手段によって発生した電子ビームに基づいて所定の処理を実施する処理手段を有している、
   電子ビーム発生手段を用いた装置。
6. 電子ビームの出射側にコーン状に尖った円錐形端部を有するエミッタと、このエミッタの円錐形端部に電界を印加する２つの電極とを備えており、この円錐形端部に電界を印加することによって、ショットキー効果を利用して電子を出射し、これにより電子ビームを発生する電子ビーム発生手段を用いた装置において、
   電子ビーム発生手段によって発生した電子ビームに基づいて所定の処理を実施する処理手段を有し、
   電界をつくる２つの電極のうち出射側とは逆側に配置され負の電圧を印加するサプレッサ電極よりも、出射側とは逆側から円錐形端部が形成されることでエミッタの当該出射側に（１００）結晶面が現れない形状を、前記エミッタが有している、電子ビーム発生手段を用いた装置。

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