(57)【要約】  高角電流密度動作時にも余剰電流が小さい電子源を提供する。  電子放出部（８）と、サプレッサー電極と、引き出し電極とを有する電子源であって、前記電子放出部（８）が、第１の円錐台部分または円錐部分（２３）とそれに続く第２の円錐台部分（２２）とからなる形状を有する単結晶ロッドの一端の先端に位置することを特徴とする電子源である。好ましくは、単結晶ロッドが、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びランタノイド系列からなる群から選ばれた金属元素の酸化物を拡散源として有し、かつ、タングステンまたはモリブデンの＜１００＞方位からなることを特徴とする電子源である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出部と、サプレッサー電極と、引き出し電極とを有する電子源であって、前記電子放出部が、第１の円錐台部分または円錐部分とそれに続く第２の円錐台部分とからなる形状を有する単結晶ロッドの一端の先端に位置することを特徴とする電子源。
【請求項２】
単結晶ロッドが、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びランタノイド系列からなる群から選ばれた金属元素の酸化物を拡散源として有し、かつ、タングステンまたはモリブデンの＜１００＞方位からなることを特徴とする請求項１に記載の電子源。
【請求項３】
電子放出部がサプレッサー電極と引き出し電極との間に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子源。
【請求項４】
第１の円錐台部分または円錐部分の頂角が全角で６０°以上１５０°以下であり、第２の円錐台部分の頂角が全角で２０°以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子源。
【請求項５】
電子放出部が平坦面からなり、該平坦面が｛１００｝結晶面と角度差で１°以内であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子源。
【請求項６】
電子放出部が球面の一部からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線露光機、ウェハ検査装置、電子線ＬＳＩテスターなどの高角電流密度動作を必要とする電子源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、熱陰極よりも長寿命でより高輝度の電子ビームを得るために、タングステン単結晶の針状電極にジルコニウムと酸素の被覆層を設けた陰極を用いた電子源が用いられている（以下、ＺｒＯ／Ｗ電子源と記す。）（非特許文献１参照）。【０００３】
ＺｒＯ／Ｗ電子源は、軸方位が＜１００＞方位からなるタングステン単結晶の針状の陰極に、酸化ジルコニウムからなる拡散源を設け、ジルコニウム及び酸素を拡散することにより被覆層（以下、「ＺｒＯ被覆層」という。）を形成し、該ＺｒＯ被覆層によってタングステン単結晶の｛１００｝面の仕事関数を選択的に４．５ｅＶから約２．８ｅＶに低下させたものである。特に、前記陰極の先端部に形成された｛１００｝面に相当する微小な結晶面のみが電子放出領域となるので、従来の熱陰極よりも高輝度の電子ビームが得られ、しかも長寿命であるという特徴を有する。また冷電界放出電子源よりも安定で、低い真空度でも動作し、使い易いという特徴を有している（非特許文献２参照）。【０００４】
ＺｒＯ／Ｗ電子源は、図１に示すように、絶縁碍子５に固定された導電端子４に設けられたタングステン製のフィラメント３の所定の位置に、電子線を放出するタングステン＜１００＞方位で針状の単結晶ロッド１が溶接等により固着されている。この単結晶ロッド１は電解研磨により先鋭端を有し、主にこの先鋭端から電子が放出される。単結晶ロッド１の一部には、ジルコニウムと酸素を含む拡散源２が設けられている。単結晶ロッド１の表面はＺｒＯ被覆層で覆われている（図示されていない）。【０００５】
単結晶ロッド１はフィラメント３により通電加熱されて通常は１８００Ｋ程度の温度で使用されるので、単結晶ロッド１表面のＺｒＯ被覆層は蒸発により消耗する。しかし、拡散源２よりジルコニウム及び酸素が拡散することにより単結晶ロッド１の表面に連続的に供給されるので、結果的にＺｒＯ被覆層が維持される。【０００６】
ＺｒＯ／Ｗ電子源の単結晶ロッド１の先端部はサプレッサー電極６と引き出し電極７の間に配置され使用される（図２参照）。単結晶ロッド１すなわち陰極には引き出し電極７に対して負の高電圧が印加され、更にサプレッサー電極６には単結晶ロッド１に対して数百ボルト程度の負のサプレッサー電圧が印加され、フィラメント３からの熱電子放出を抑制する。【０００７】
ＺｒＯ／Ｗ電子源は低加速電圧で用いられる測長ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）やレビューＳＥＭにおいては、プローブ電流が安定していて且つエネルギー幅の拡がりが抑えられるという理由で０．１〜０．２ｍＡ／ｓｒの角電流密度で動作される。【０００８】
一方、電子線露光装置、ウェハ検査装置及び電子線ＬＳＩテスター等においては、スループットが重視されるために０．４ｍＡ／ｓｒ程度の高い角電流密度で動作される。このようなスループットを重視する用途では、更に高い角電流密度動作が望まれ、１．０ｍＡ／ｓｒもの高い角電流密度での動作、即ち大電流動作が要求されることがある。【０００９】
しかしながら、一般に知られているＺｒＯ／Ｗ電子源においては、単結晶ロッド１の先端はサブミクロンから１μｍ程度の曲率半径を有するニードル形状を有しており、（１）高角電流密度動作時に高々１．０ｍＡ／ｓｒ程度の角電流密度が上限であること、（２）この時、陰極と引き出し電極間に印加される引き出し電圧が４ｋＶ以上と大きく、チップ先端での電界強度が０．４×１０９〜１．０×１０９Ｖ／ｍと著しく高くなり、アーク放電による故障頻度が高くなる、といった欠点を有する（非特許文献３参照）。【００１０】
また、ＺｒＯ／Ｗ電子源におけるジルコニウムに替わる元素としてスカンジウム、バリウム、イットリウムなどの元素が知られている（非特許文献４、５参照）。【００１１】
このため、大電流動作に適した電子源として、円錐全角が２５°以上９５°以下の円錐台形部であり、その上面が直径が５μｍ以上２００μｍ以下の平坦面を有し、かつ、タングステンまたはモリブデンの単結晶からなり、その表面が２Ａ、３Ａまたは４Ａ族から選ばれた金属元素と酸素の被覆層により被覆される電子源が提案されている（特許文献１参照）。
また、一般に、大電流動作に適した電子源は軸外へ向かって放出される不要な電流、即ち、余剰電流が少ないことが望まれる。
【特許文献１】国際公開第２００４／０７３０１０号公報
【非特許文献１】Ｄ．Ｔｕｇｇｌｅ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１６，ｐ１６９９（１９７９）
【非特許文献２】Ｍ．Ｊ．Ｆｒａｎｓｅｎ，“Ｏｎ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＺｒＯ／Ｗ  Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｍｉｔｔｅｒ”，  ＡＤＶＡＮＣＥＳ  ＩＮ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＡＮＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＰＨＹＳＩＣＳ，  ＶＯＬ．ＩＩＩ，  ｐ９１−１６６，１９９９  ｂｙ  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ．
【非特許文献３】Ｄ．Ｗ．Ｔｕｇｇｌｅ、  Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ３（１），ｐ２２０（１９８５）
【非特許文献４】応用物理  第７１巻  第４号  （２００２）  ４３８−４４２
【非特許文献５】Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ２００３，１２１９−１２２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、前述の従来公知の大電流動作に適した電子源は依然として余剰電流が大きい問題点がある。即ち、本発明の目的は、高角電流密度動作をしても従来に比して余剰電流が小さい電子源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、種々の電子源を試作して余剰電流の量を評価し、電位分布のシミュレーションなどを駆使するなどして本発明をなすに至った。【００１４】
すなわち、本発明者は、電子源において、引き出し電極７に対して負の高圧が印加される単結晶ロッド１、即ち陰極と、サプレッサー電極６と、引き出し電極７との間で形成される電位分布において、単結晶ロッド１と同じ電位の等電位線をゼロ・ポテンシャル・ラインとすると、ゼロ・ポテンシャル・ラインが錐部９の円錐面ではなく単結晶ロッド１の側面１０と交差するときに、大きな余剰電流を発生することを見いだした。図４（ａ）にエミッター電圧ＶＥ＝−６０００Ｖ、単結晶ロッド１に対するサプレッサー電圧ＶＳ＝−３００Ｖ時の等電位線の様子を示した。【００１５】
ゼロ・ポテンシャル・ラインが単結晶ロッド１の側面１０と交差しないようにするには、該ロッドの先端とサプレッサー電極６の距離を小さくするか、あるいは円錐部分の全角頂角２１を小さくすればよいが、このような幾何形状の変更は電子光学特性の変化を伴う。【００１６】
そこで、本発明者は、単結晶ロッドの一端からなる電子放出部を、第１の円錐台部分または円錐部分とそれに続く第２の円錐台部分とからなる形状とすることにより、ゼロ・ポテンシャル・ラインが第２の円錐台部分の円錐面と交差し、余剰電流を抑制できることを見出したものである（図４（ｂ）参照）。【００１７】
この形状を採用する場合、電子光学特性は第１の円錐台部分または円錐部の頂角全角２５と電子放出部の寸法のみで決まり、第２の円錐台部分の頂角全角２４は影響せず、好ましい電子光学特性が期待できる幾何形状・寸法の電子銃設計と余剰電流の抑制とを両立することが出来る。
かくして、本発明は、単結晶ロッドの一端に電子放出部を有する電子源において、電子放出部の近傍の単結晶ロッドの形状を特定なものとすることで余剰電流が制御された、好ましい電子光学特性が達成できる。【００１８】
本発明は下記を特徴とする要旨を有する。
（１）本発明は、電子放出部と、サプレッサー電極と、引き出し電極とを有する電子源であって、前記電子放出部が、第１の円錐台部分または円錐部分とそれに続く第２の円錐台部分とからなる形状を有する単結晶ロッドの一端の先端に位置することを特徴とする電子源である。
（２）単結晶ロッドが、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びランタノイド系列からなる群から選ばれた金属元素の酸化物を拡散源として有し、かつ、タングステンまたはモリブデンの＜１００＞方位からなることを特徴とする上記（１）に記載の電子源。
（３）電子放出部がサプレッサー電極と引き出し電極との間に位置することを特徴とする上記（１）又は（２）に電子源。
（４）第１の円錐台部分または円錐部分の頂角が、全角で６０°以上１５０°以下であり、第２の円錐台部分の頂角が全角で２０°以上であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電子源。
（５）電子放出部が平坦面からなり、該平坦面が｛１００｝結晶面と角度差で１°以内であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の電子源。
（６）電子放出部が球面の一部からなることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の電子源。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による電子源は、余剰電流が少なく、余剰電流の抑制のために電子銃の幾何形状や寸法を調整するなどして電子光学特性を犠牲にすることがなく、大電流電子源として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電子源の構造を説明する図。
【図２】電子源の電子放出特性を評価する装置の概略図。
【図３】単結晶ロッドの一端部の形状を説明する図。
【図４】等電位線図。
【図５】従来公知の電子源の電子放出特性を示す図。
【図６】実施例、比較例に係る電子源の電子放出特性を示す図。
【符号の説明】
【００２１】
１      単結晶ロッド
２      拡散源
３      フィラメント
４      導電端子
５      絶縁碍子
６      サプレッサー電極
７      引き出し電極
８      電子放出部
９      円錐部分
１０    （単結晶ロッドの）側面
１１    スクリーン電極
１２    アパーチャー
１３    カップ状電極
１４    微小電流計
１５    サプレッサー電源
１６    高圧電源
１７    フィラメント加熱電源
１８    電流計
１９    放出電子線
２０    微小電流計
２１    頂角全角
２２    第２の円錐台部分
２３    第１の円錐台部分または円錐部分
２４    第２の円錐台部分の頂角全角
２５    第１の円錐台部分または円錐部分の頂角全角
２６    等電位線
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の具体的な実施態様を、ジルコニウム酸化物を拡散源とした場合を例にとって、以下に詳細に説明する。【００２３】
まず、絶縁碍子５にロウ付けされた導電端子４にタングステン製のフィラメント３をスポット溶接により固定する（図１参照）。次に機械加工により直方体に加工したタングステン製＜１００＞方位の単結晶の一端部にダイヤモンドペーストと研磨盤を用いて頂角全角２１が９０°の円錐部分９を形成し、更に円錐部分９の頂点をダイヤモンドペーストで研磨して直径１５μｍの電子放出部８を形成して単結晶ロッド１とする（図３（ａ）、（ｂ）参照）。【００２４】
この単結晶ロッド１を前記フィラメント３にスポット溶接により取り付ける。この単結晶ロッド１は陰極として機能する。【００２５】
水素化ジルコニウムを粉砕して酢酸イソアミルと混合しペースト状にしたものを単結晶ロッド１の一部に塗布する。酢酸イソアミルが蒸発した後、超高真空装置に導入する。続いて装置内を好ましくは３×１０−１０Ｔｏｒｒ（４×１０−８Ｐａ）〜３×１０−９Ｔｏｒｒ（４×１０−７Ｐａ）の超高真空中としてフィラメント３に通電して単結晶ロッド１を１８００Ｋに加熱し、水素化ジルコニウムを熱分解して金属ジルコニウムとする。続いて酸素ガスを導入して装置内を好ましくは１×１０−6Ｔｏｒｒ（１．３×１０−４Ｐａ）〜３×１０−６Ｔｏｒｒ（４×１０−４Ｐａ）として金属ジルコニウムを酸化し、酸化ジルコニウムからなるジルコニウムと酸素の拡散源２を形成する。【００２６】
超高真空装置から取り出した電子源を図２に示す電極配置を有する測定装置に組込む。単結晶ロッド１の先端はサプレッサー電極６と引き出し電極７との間に配置される。なお、本発明の具体例では、単結晶ロッド１の先端とサプレッサー電極６の距離は０．２５ｍｍ、サプレッサー電極６と引き出し電極７の距離は０．８ｍｍ、引き出し電極７の孔の直径は０．８ｍｍ、サプレッサー電極６の孔の直径は０．６ｍｍである。【００２７】
フィラメント３はフィラメント加熱電源１７に接続され、更に高圧電源１６に接続され、引き出し電極７に対して負の高電圧がエミッター電圧ＶＥとして印加される。また、サプレッサー電極６はサプレッサー電源１５に接続され、単結晶ロッド１とフィラメント３に対して更に負の電圧、サプレッサー電圧ＶＳが印加される。これによりフィラメント３からの熱電子放出を遮る。電子源からの全放出電流Ｉｔは高圧電源１６とアース間に置かれた電流計１８により測定される。単結晶ロッド１の先端から放出した放出電子線１９は引き出し電極７の孔を通過して、スクリーン電極１１に到達する。スクリーン電極１１の中央にはアパーチャー１２（小孔）が有り、通過してカップ状電極１３に到達したプローブ電流Ｉｐは微小電流計１４により測定される。【００２８】
なおアパーチャー１２と単結晶ロッド１の先端との距離とアパーチャー１２の内径から算出される立体角をωとすると角電流密度Ip’はＩｐ／ωとなる。また、スクリーン電極１１とアース間にはスクリーン電流ISを測定する微小電流計２０が置かれている。アパーチャー１２の内径は極めて小さいため、スクリーン電流ＩＳは引き出し電極７の孔を通過した全電流に相当する。図示していないが引き出し電極７を経由してアースに流れる引き出し電極電流をＩＥＸＴとすると、各電流値の関係はＩＥＸＴ＝Ｉｔ−ＩＳで表される。【００２９】
続いて測定装置内を３×１０−１０Ｔｏｒｒ（４×１０−８Ｐａ）の超高真空中として単結晶ロッド１を１７００Ｋまたは１８００Ｋに維持したままサプレッサー６に単結晶ロッド１に対してサプレッサー電圧ＶＳ＝−３００Ｖの電圧を印加し、続いて単結晶ロッド１にエミッター電圧ＶＥ＝−６０００Ｖの高電圧を印加して数時間保持し、放出電流が安定したところで全放出電流Ｉｔ、スクリーン電流ＩＳとプローブ電流Ｉｐを測定する。【００３０】
図５に、従来の電子源の引き出し電極７に対するサプレッサー電圧ＶＳを−４００Ｖに設定して測定した角電流密度Ｉｐ’と全放出電流Ｉｔ対エミッター電圧（ショットキー・プロット）を示す。全放出電流Ｉｔとスクリーン電流ＩＳを比較すると全放出電流Ｉｔはスクリーン電流ＩＳに比べて極めて大きいことが分かる。これは前述の通りＩＥＸＴ＝Ｉｔ−ＩＳなので単結晶ロッド１から引き出し電極７に流れ込む引き出し電極電流ＩＥＸＴが大きいことを示している。【００３１】
引き出し電極７に流れ込む引き出し電極電流ＩＥＸＴは、引き出し電極７表面に吸着した分子を離脱・イオン化させ、生成したイオンは電子放出部８に向かって加速されて表面を衝撃するため、電子源の性能を劣化させる。即ち、引き出し電極７に流れ込む引き出し電極電流ＩＥＸＴは余剰電流の主要因であり、少ないことが望ましい。【００３２】
また、余剰電流はサプレッサー電圧ＶＳを大きくする、あるいは単結晶ロッド１とサプレッサー電極６の幾何寸法や位置関係を調整することによりある程度回避されるが、本質的な解決とはならない。（例えば、特開２００６−０３２１９５号公報参照）。【００３３】
更に、一般に電子源の輝度、ソース径といった電子光学特性は電子放出部や電極の幾何形状・寸法に強く依存する。（例えば、ＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＹ／１９８２／ＩＩ（Ｐａｇｅｓ  ４７３−４８３）．  ＳＥＭ  Ｉｎｃ．，  ＡＭＦ  Ｏ’Ｈａｒｅ  （Ｃｈｉｃａｇｏ），  ＩＬ  ６０６６６，  ＵＳＡ参照）。【００３４】
このため、余剰電流の抑制のために電子源の幾何形状・寸法を調整することは好ましくない。【００３５】
本発明では、まず＜１００＞方位のタングステン単結晶を放電加工により直方体形状に切り出し機械研磨により図３（ｃ）の形状に加工する。円錐部２３の頂点は更にダイヤモンド研磨剤により研磨して加工損傷を取り除き電子放出部８を設ける（図３（ｄ）参照）。第１の円錐台部分または円錐部２３の頂角全角２５は６０°以上１５０°以下、好ましくは８０°以上１２０°以下であり、第２の円錐台部分２２の頂角全角は２０°以上、好ましくは３０°以上である。電子放出部の近縁の形状をこのような角度にすることにより電子源に組み入れたとき、余剰電流の制御を可能にして好ましい電子光源特性を得ることができる。【００３６】
電子放出部８は、第１の円錐台部分または円錐部分の先端部に位置し、その形状について前者の場合には平坦面からなるが、この場合において、直径は２〜２００μｍであり、１０〜７０μｍが好ましく、また｛１００｝面と１°以内、好ましくは０．４°以内の角度差であることがより好適である。
また、後者の場合には球面の一部からなり、その半径が５〜１００μｍが好ましく、１５〜５０μｍが一層好ましい。【００３７】
この単結晶ロッド１を絶縁碍子５に導電端子４を介して取り付けられたタングステン製のフィラメント３にスポット溶接により取り付ける（図１）。【００３８】
引き続いて水素化ジルコニウム粉末を乳鉢により粉砕して有機溶剤と混合しスラリー状にしたものを単結晶ロッド１の一部に塗布して、好ましくは１×１０−６Ｔｏｒｒ（１．３×１０−４Ｐａ）〜３×１０−６Ｔｏｒｒ（４×１０−４Ｐａ）の酸素雰囲気中で加熱して水素化物を熱分解し、更に酸化して酸化ジルコニウムからなる拡散源２を形成すると同時にジルコニウムと酸素で単結晶ロッド１の表面を被覆する。【００３９】
この単結晶ロッド１を引き出し電極７とサプレッサー電極６の間に配置して、引き出し電極７に対して単結晶ロッド１に数キロボルトの負の高電圧を印加し、サプレッサー電極６には単結晶ロッド１に対して数百ボルトの負の電圧を印加すると共にフィラメント３を通電加熱して単結晶ロッド１を１５００〜１９００Ｋに加熱することにより電子放出が行われる。
【実施例】
【００４０】
次に、実施例及び比較例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定して解釈されるべきではない。
（実施例）
＜１００＞方位のタングステン単結晶を放電加工により２ｍｍ×０．４ｍｍ×０．４ｍｍの断面が直方体形状のロッドに切り出し、機械研磨により図３（ｃ）の形状に加工する。頂点は更にダイヤモンド研磨剤により研磨して加工損傷を取り除き電子放出部８を設ける（図３（ｄ））。第１の円錐台部分または円錐部分２３の頂角全角２５は９０°であり、第２の円錐台部分２２の頂角全角２４は３０°である。また電子放出部８の形状は円形であり、その直径は３９μｍである。【００４１】
この単結晶ロッド１を絶縁碍子５にロウ付けされた導電端子４に溶接により取り付けられたタングステン製のフィラメント３にスポット溶接により取り付ける。（図１）【００４２】
引き続いて水素化ジルコニウム粉末を乳鉢により粉砕して有機溶剤と混合しスラリー状にしたものを単結晶ロッド１の一部に塗布して、３×１０−６Ｔｏｒｒ（４×１０−８Ｐａ）の酸素雰囲気中でフィラメントに通電して単結晶ロッドを加熱して水素化物を熱分解し、更に酸化して酸化ジルコニウムからなる拡散源２を形成すると同時にジルコニウムと酸素で単結晶ロッド１の表面を被覆する。【００４３】
この電子源を取り出し、図２に示した構成の電子放出特性測定装置に導入した。単結晶ロッド１の先端はサプレッサー電極６と引き出し電極７との間に配置される。尚、単結晶ロッド１の先端とサプレッサー電極６の距離は０．２５ｍｍ、サプレッサー電極６と引き出し電極７の距離は０．８ｍｍ、引き出し電極７の孔径は０．８ｍｍ、サプレッサー電極６の孔径は０．６ｍｍである。【００４４】
フィラメント３はフィラメント加熱電源１７に接続され、更に陰極用高圧電源１６に接続され、引き出し電極７に対して負の高電圧、エミッター電圧ＶＥが印加される。また、サプレッサー電極６はサプレッサー電源１５に接続され、単結晶ロッド１に対して更に負の電圧、サプレッサー電圧ＶＳ、が印加される。これによりフィラメント３からの熱電子放出を遮る。電子源からの全放出電流Ｉｔは陰極用高圧電源１６とアース間に置かれた電流計１８により測定される。単結晶ロッド１の先端部の電子放出部８から放出した放出電子線１９は引き出し電極７の孔を通過して、スクリーン電極１１に到達する。スクリーン電極１１の中央にはアパーチャー１２（小孔）が有り、通過してカップ状電極１３に到達したプローブ電流Ｉｐは微小電流計１４により測定される。なおアパーチャー１２と単結晶ロッド１の先端との距離とアパーチャー１２の内径から算出される立体角をωとすると角電流密度Ｉｐ’はＩｐ／ωとなる。またスクリーン電極１１上には蛍光材を塗布して電子放出分布のパターンが目視により観察できるようにした。【００４５】
上記の測定装置内を３×１０−１０Ｔｏｒｒ（４×１０−８Ｐａ）の超高真空として単結晶ロッド１を１８００Ｋに維持してサプレッサー電極６に単結晶ロッド１に対してサプレッサー電圧ＶＳ＝−３００Ｖの電圧を印加して、更にエミッター電圧ＶＥ＝−３６００Ｖの高電圧を印加して放出電流が安定するまで保持した。その後全放出電流Ｉｔとプローブ電流Ｉｐ（角電流密度）のエミッター電圧ＶＥ依存性を測定した。【００４６】
（比較例）
比較例として従来の電子源を作製した。すなわち、実施例と同様にして、＜１００＞方位のタングステン単結晶を放電加工により２ｍｍ×０．４ｍｍ×０．４ｍｍの断面が直方体のロッド状に切り出し、機械研磨により図３（ａ）の形状に加工し、頂点には電子放出部８を設けた（図３（ｂ））。円錐部９の頂角全角２１は９０°であり、また電子放出部８の直径は２３μｍである。形状加工以降の工程は実施例と同様であり、実施例と同じ電極構成、寸法の下で電子放出特性を測定した。【００４７】
図６に角電流密度Ｉｐ’、スクリーン電流ＩＳ、全放出電流Ｉｔとエミッター電圧ＶＥの関係について測定、比較した結果を示す。またエミッター電圧ＶＥ＝−６０００Ｖの時の角電流密度Ｉｐ’、スクリーン電流ＩＳ、引き出し電極７に流れ込む引き出し電極電流ＩＥＸＴの値を表１に示した。比較例ではＩＥＸＴが４２０μＡと大きく、一方実施例では５８μＡと極めて少なく、余剰電流であるＩＥＸＴが抑制されていることが確認された。【００４８】
【表１】
2008038684.tif 000003
【００４９】
上記のように、本発明の電子源は、高い角電流密度、即ち大電流で動作しても、余剰電流が低いため信頼性が高い。またこの電子源は１×１０―８Ｔｏｒｒ（１．３×１０−６Ｐａ）以下の真空中で動作し、タングステンが母材となっているため長期の動作によっても陰極の消耗が極めて小さく特性の変化が少ない。【００５０】
なお、拡散源の原料として水素化ジルコニウムを例にとって説明したが、替わりに水素化チタンまたは水素化ハフニウムを用いてチタンまたはハフニウムと酸素で単結晶ロッド１を被覆した拡散源とすることもできる。更にまた、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びランタノイド系列からなる群から選ばれた金属元素の酸化物を直接塗布して拡散源を形成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の電子源は、電子放出部材である単結晶ロッドの側面からの余剰電流を効果的に抑制することができ、大電流で動作して信頼性の高い電子源であるので、電子線露光機、ウェハ検査装置、電子線ＬＳＩテスターなどの大電流動作を必要とする電子源として好適であり、産業上非常に有用である。
なお、２００６年９月２７日に出願された日本特許出願２００６−２６１６６８号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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