(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビーム装置の電子放出源を結晶材を加工して製作する電子放出源の加工方法において、電子を放出する球状部の長手方向の軸が前記結晶材のへき開面と直交する結晶方向と一致するように前記結晶材を切り出し加工して製作することを特徴とする電子放出源の加工方法。
【請求項２】
電子ビーム装置の電子放出源を結晶材を加工して製作する電子放出源の加工方法において、切断面が前記結晶材のへき開面に平行となるように結晶材を切断し、長手方向が前記切断された結晶材の切断面に対する垂直方向と一致するように前記結晶材を切断し、電子を放出する球状部の長手方向の軸が前記へき開面と直交する結晶方向と一致するように前記電子放出源を製作することを特徴とする電子放出源の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路などを評価，検査する電子顕微鏡や電子ビーム検査測定装置，半導体に回路パターン等を描画する電子ビーム描画装置等に用いられる電子ビーム源に係わり、特に、電子ビーム源に用いられる電子放出部の材料の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム源に用いられる材料を加工する場合、従来は材料の結晶方向に無関係に加工していた。
【０００３】
結晶材のへき開面を利用してある程度尖った先端を作り、エッチング溶液中で異方性エッチングを施して先端の曲率半径が５０ナノメートル以下の細い部分を持った電子放出部を得る方法は、特開平５−１０１７７０  号公報に記載されている。しかしながら、これにはへき開面をどのようにして加工に利用するかの具体的な記載はない。
【０００４】
図２に従来の加工方法を示す。（ａ）は加工材料である結晶棒１の平面図、
（ｂ）は結晶棒１から切り出されたチップ母材２の平面図と側面図、（ｃ）はチップ母材２から切り出されたチップ３の平面図と側面図である。
【０００５】
図２（ａ）において、結晶棒１は製造される過程で、機械的軸の軸方向４と結晶の方向５を有しており、両者の方向は一致していない。結晶棒１の端面は機械的軸の軸方向４に対して斜めになっており、これは結晶のへき開面である。従来は結晶棒１の機械的軸の軸方向４に垂直に所定の長さに切断してチップ母材２を切り出し、さらに同じく軸方向４と長手方向が一致してチップ３を切り出していた。このような方法で結晶棒１から切り出したチップ３を加工した場合はチップ３の軸方向４とチップ３が持つ結晶方向５とが一致していない。
【０００６】
図３に上記チップ３を加工して上記電子顕微鏡や電子ビーム検査測定装置，電子ビーム描画装置等の電子ビーム源に取り付けられる電子放出部６の側面図を示す。図２（ｃ）に示したように、チップ３の形状は直方体をしており、これを加工して図３に示すような形状の電子放出部６を作成する。電子放出部６の一端は電子を放出する球状部６１、片端は電子ビーム源への取り付け部である。この電子放出部６を、この軸方向（一点鎖線で示す）と上記装置の電子ビームが通るべき軸の方向とを一致させて電子ビーム源に取り付け、電圧を印加して電子放出部６の球状部６１より電子が放出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記装置では、電子ビームの強度，エネルギだけでなく電子ビームを照射した材料の面内の電子入射量の均一度も管理する必要がある。図２に示した加工法による電子放出部６を用いた場合、電子放出部６の軸方向と結晶方向５とが一致していないため、放出される電子は軸方向４に対して軸対称にならず、電子の放出分布が軸対称にならないという問題があった。
【０００８】
図１０に電子ビームが試料に照射された場合の電子ビーム源から見た電子ビームの広がりを示す。例えば、電子ビーム描画装置では、描画するパターンに応じて照射する電子ビームの大きさを変える場合がある。図１０のＡは通常の電子ビーム照射部分の大きさであり、Ｂは広げた場合である。上記の従来の加工方法による電子放出部６を用いた場合、電子放出部６の軸方向と結晶方向５との不一致のため、Ｂが円でなく楕円の形状となり、描画に係わる有効ビーム範囲は楕円に内接する矩形となり、後述する円に内接する矩形よりも小さくなってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、電子ビーム源から放射される電子の放出分布が軸対称になるような電子ビーム源の電子放出部の加工方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的は、電子ビーム源に用いられる材料の結晶棒の結晶軸の方向を確認し、電子放出部の長手方向の軸がこの結晶軸の方向と一致するように切り出すことによって、達成される。その結果、上記電子顕微鏡や電子ビーム検査測定装置，電子ビーム描画装置等の電子ビームが通るべき軸の方向に電子放出部の軸方向を合わせて電子ビーム源に取り付け、電圧を印加して電子ビームを発生させると、放出される電子は軸方向４に対して軸対称になり、電子の放出分布が軸対称になり、試料への均一な電子照射ができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施例）
半導体集積回路などを評価，検査する電子顕微鏡や電子ビーム検査測定装置，半導体に回路パターン等を描画する電子ビーム描画装置等では、電子ビームを発生させ試料に当てて描画したり、試料から戻る反射電子や試料から発生する二次電子を検出して寸法測定，評価，検査等が行われる。
【００１２】
図１１は電子ビームを用いた装置の縦断面図である。電子ビームが照射される試料７はステージ８の上に置かれ、コラム９で覆われる。コラム９の内部は真空に保たれる。電子ビーム源１０には電子放出部６が取り付けられ、電源１１から電圧が印加されて加熱され、電子放出部６から電子が放出される。図３は電子放出部６の側面図であり、球状部６１より電子が放出される。電子ビームの試料７までの軌跡をＤで示す。電子ビームは電子放出部６から引き出し電極２１によって引き出され、絞り１２によってビーム径が絞られた後、収束電極１３，１５，１６、および第２絞り１４によって、収束され、静電偏向電極１７，１８，１９によって偏向されて試料７に照射される。
【００１３】
電子放出部６で発生する電子ビームの強度やエネルギ等の制御はこれらの装置にとって重要であるが、この他に電子ビームの形状が放出したい方向を中心軸とした円錐状となっていることが要求される。
【００１４】
例えば、電子ビーム描画装置では発生させた電子ビームを磁界レンズにより細く収束させ、電子ビームに感応する材料に照射することが行われている。この時、描画精度との関係で、電子ビームで照射された試料の照射面内は均一な電子密度になっていることが必要であり、そのためには発生する電子ビームが所定の方向の軸に対して軸対称に放出されることが必要になる。
【００１５】
しかしながら、電子ビーム源に結晶材を加工したものを用いた場合は、電子ビームを放出する電子放出部６の軸方向と電子ビームが放出される方向とが必ずしも一致するとは限らない。これは電子放出部６の電子放射のし易さが材料の結晶軸の方向によって異なるからである。従って電子放出部６の軸の方向と結晶軸の方向とを一致させることが必要である。
【００１６】
図１に本発明による結晶棒からのチップの加工法を示す。（ａ）は加工材料である結晶棒１の平面図、（ｂ）は結晶棒１から切り出されたチップ母材２の平面図と側面図、(ｃ)はチップ母材２から切り出されたチップ３の側面図である。図１（ａ）において、結晶棒１の端面は結晶のへき開面２０である。へき開面２０は結晶棒１の原子が整列しており、材料的に均一性があり、この面を電子の放出面とすれば均一に電子が放出される。へき開面と結晶軸とは直交しているので、結晶軸の方向５を電子放出部６の軸の方向と一致させれば、均一に電子が放出される。
【００１７】
へき開面２０は結晶棒１に曲げ力を与えたときに進行し、その後結晶棒１が切断する。この時の切断面がへき開面２０となる。
【００１８】
結晶棒１の加工の手順を以下に示す。
【００１９】
図１の（ａ）に示すように、まず、結晶棒１のへき開面２０と平行にチップ母材２を切り出す。例えば、加工装置の円盤状のカッターの平面とへき開面とを接触させて、カッターによる切断面とへき開面２０とを平行にする。その結果カッターによってチップ母材２の切断面はへき開面２０と平行になる。次に、図１の（ｂ）に示すように、このへき開面２０に対して垂直方向にチップ３を切り出す。へき開面２０は結晶方向に対して垂直なので、チップ３の軸方向と結晶方向とが一致する。次に、図１の（ｃ）に示すチップ３の軸方向５と図３に示す電子放出部６の軸方向とが一致するようにチップ３を加工して電子放出部６を製作する。
【００２０】
より具体的に、上記図１で説明した加工の手順を図４から図９に示す。図４は、結晶棒１を加工装置の保持台３０へ載置した状態を示す平面図、図５は図４の側面図、図６は同じく図４の側面図、図７は図４から図６までの加工手順を示す工程図、図８は他の加工装置の側面図、図９は図８の加工手順を示す工程図である。
【００２１】
図４において、図７の工程４１で加工装置の保持台３０の上に結晶棒１を載置し、工程４２で結晶棒１のへき開面２０と保持台３０の上面とが垂直になるように結晶棒を回転させ、押え３１で固定する。図５において、図７の工程４３で結晶棒１の上面を保持台３０の上面と平行にカッター３２で切削し、オリエンテーションフラット２２を形成する。図６において、図７の工程４４で結晶棒１を半回転させてオリエンテーションフラット２２と保持台３０の上面とを合わせて結晶棒１がころがらないようにし、押え３１で固定し、図７の工程４５で結晶棒１のへき開面２０にカッター３３を合わせて、切断面３４で切断し、チップ母材２を作成する。このとき、切断面３４とへき開面２０とは平行になる。また、保持台３０はカッター３３に対して垂直方向に回転するので、へき開面２０とカッター３３の方向を合わせるのは容易である。
【００２２】
次に、図８に示す他の加工装置にチップ母材を載置する。このとき、図９の工程５１でチップ母材２の切断面３４と保持台３５の上面とを合わせるようにする。図９の工程５２でチップ母材２を押え３６で固定し、工程５３でチップ母材２の切断面３４と垂直方向の切断面３８でカッターにて切断し、チップ３を作成する。
【００２３】
次に、図１１に示した電子ビーム装置に電子放出部６をこの軸方向と装置の電子ビームが通るべき軸の方向（軌跡Ｄ）とを一致させて電子ビーム源に取り付け、電圧を印加して電子ビームを発生させる。この場合、電子放出部６の軸方向と結晶方向とが一致しているため、放出される電子の放出分布が軸対称になる。
【００２４】
図１２に電子ビームが試料に照射された場合の電子ビーム源から見た電子ビームの広がりを示す。例えば、図１０で説明したように、電子ビーム描画装置では、描画するパターンに応じて照射する電子ビームの大きさを変える場合がある。図１２のＡは通常の電子ビーム照射部分の大きさであり、Ｂは広げた場合である。上記の本発明の加工方法による電子放出部６を用いた場合、電子放出部６の軸方向と結晶方向５とが一致しているため、Ｂは図１０に示したような楕円でなく円の形状となり、描画に係わる有効ビーム範囲は円に内接する矩形となり、図
１０に示した楕円に内接する矩形よりも大きくすることができ、電子ビームによる描画の範囲が大きくでき、非常に効率がよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電子放出部の機械的な加工のときに決まる軸方向と結晶軸の方向とを一致させるので、電子ビーム装置の電子ビーム源に取り付け、電圧を印加して電子ビームを発生させると、放出される電子は軸方向に対して軸対称になり、電子の放出分布が軸対称になり、試料への均一な電子照射が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による結晶棒からのチップの加工法を示し、（ａ）は加工材料である結晶棒１の平面図、（ｂ）は結晶棒１から切り出されたチップ母材２の平面図と側面図、（ｃ）はチップ母材２から切り出されたチップ３の側面図。
【図２】従来の加工方法を示し、（ａ）は加工材料である結晶棒１の平面図、（ｂ）は結晶棒１から切り出されたチップ母材２の平面図と側面図、（ｃ）はチップ母材２から切り出されたチップ３の平面図と側面図。
【図３】チップ３を加工して電子ビーム源に取り付けられる電子放出部６の側面図。
【図４】結晶棒１を加工装置の保持台３０へ載置した状態を示す平面図。
【図５】図４の側面図。
【図６】図４の側面図。
【図７】図４から図６までの加工手順を示す工程図。
【図８】他の加工装置の側面図。
【図９】図８の加工手順を示す工程図。
【図１０】電子ビームが試料に照射された場合の電子ビーム源から見た電子ビームの広がりを示す平面図。
【図１１】電子ビームを用いた装置の縦断面図。
【図１２】電子ビームが試料に照射された場合の電子ビーム源から見た電子ビームの広がりを示す平面図。
【符号の説明】
１…結晶棒、２…チップ母材、３…チップ、６…電子放出部、２０…へき開面。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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