(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性層と、導電性層の一表面側に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印加することにより導電性層から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の検査方法であって、室温下において強電界ドリフト層を励起することにより発光させ、強電界ドリフト層における表面から１００ｎｍ以内の浅い領域からの発光スペクトルと前記浅い領域よりも深い領域からの発光を含む発光スペクトルとを比較して強電界ドリフト層の良否を判定することを特徴とする電界放射型電子源の検査方法。
【請求項２】
前記強電界ドリフト層を励起するにあたり、光により励起することを特徴とする請求項１記載の電界放射型電子源の検査方法。
【請求項３】
前記浅い領域のみを発光させるための第１の励起光源の光の波長と前記浅い領域よりも深い領域を発光させるための第２の励起光源の光の波長とが異なることを特徴とする請求項２記載の電界放射型電子源の検査方法。
【請求項４】
前記第１の励起光源としてＨｅ−Ｃｄレーザを用い、前記第２の励起光源としてＡｒイオンレーザを用いることを特徴とする請求項３記載の電界放射型電子源の検査方法。
【請求項５】
前記良否を判定するにあたり、前記浅い領域からの発光スペクトルと前記浅い領域よりも深い領域からの発光を含む発光スペクトルとの両方から規定波長範囲内で規定値以上の発光強度が得られるときに良品として判定することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の電界放射型電子源の検査方法。
【請求項６】
導電性層と、導電性層の一表面側に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印加することにより導電性層から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の検査装置であって、強電界ドリフト層へ光を照射する励起光源と、強電界ドリフト層における表面から１００ｎｍ以内の浅い領域からの室温での発光スペクトルと前記浅い領域よりも深い領域からの発光を含む室温での発光スペクトルとを比較して強電界ドリフト層の良否を判定する判定手段とを備えることを特徴とする電界放射型電子源の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層を有する電界放射型電子源の検査方法および電界放射型電子源の検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、導電性基板の一表面側に酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成した電界放射型電子源が提案されている（例えば、特許第２９６６８４２号、特許第２９８７１４０号参照）。この種の電界放射型電子源は、表面電極を導電性基板に対して正極として表面電極と導電性基板との間に直流電圧を印加するとともに、表面電極を陰極として表面電極に対向配置されたコレクタ電極との間に電界を印加することにより表面電極の表面から電子を放射させるものである。なお、この電界放射型電子源の電子放出原理は、弾道型電子放出現象と呼ばれている。
【０００３】
ここにおいて、強電界ドリフト層の形成にあたっては、導電性基板上の多結晶シリコン層を陽極酸化処理により多孔質化することによってシリコン微結晶を有する多孔質多結晶シリコン層を形成し、該多孔質多結晶シリコン層のグレインおよびシリコン微結晶それぞれの表面に酸化膜を形成している。
【０００４】
この電界放射型電子源では、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電子を放出することができ、また、導電性基板として単結晶シリコン基板などの半導体基板の他にガラス基板などに導電性膜を形成した基板などを使用することもできるから、スピント型電極に比べて、電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の電界放射型電子源は、その製造工程中のシリコン微結晶の表面に酸化膜を形成する酸化条件によっては電子源としての性能（例えば、エミッション電流）が低下してしまうことがあった。
【０００６】
しかしながら、上述の電界放射型電子源の電子源としての性能の検査は、強電界ドリフト層を形成した後に、表面電極の形成工程、パッドの形成工程、ダイシング工程、実装工程などを経てから、真空装置内に設置してエミッション電流などの測定を行っていたので、検査に手間がかかるとともに、当該検査において不良と判定された場合、多くのプロセス、評価に要する時間やコストが無駄になってしまい、結果的に製造コストが高くなってしまうという不具合があった。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、簡単に電界放射型電子源の良否判定を行う電界放射型電子源の検査方法および簡単に電界放射型電子源の良否判定が可能な電界放射型電子源の検査装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、導電性層と、導電性層の一表面側に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印加することにより導電性層から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の検査方法であって、室温下において強電界ドリフト層を励起することにより発光させ、強電界ドリフト層における表面から１００ｎｍ以内の浅い領域からの発光スペクトルと前記浅い領域よりも深い領域からの発光を含む発光スペクトルとを比較して強電界ドリフト層の良否を判定することを特徴とし、大気中での室温の検査で強電界ドリフト層の良否を判定できるとともに、強電界ドリフト層が形成された後の製造工程の途中でもウェハの状態で検査を行うことができるので、電界放射型電子源の検査が簡単になるとともに電界放射型電子源の製造コストを低減することができる。
【０００９】
また、前記浅い領域が、強電界ドリフト層の表面から１００ｎｍ以内の領域なので、前記浅い領域を励起させるのに例えば波長が３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザのような比較的低出力で消費電力が少なく小型のガスレーザを用いることができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記強電界ドリフト層を励起するにあたり、光により励起するので、非接触、非破壊で前記強電界ドリフト層の検査を行うことができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記浅い領域のみを発光させるための第１の励起光源の光の波長と前記浅い領域よりも深い領域を発光させるための第２の励起光源の光の波長とが異なるので、前記浅い領域のみからの発光スペクトルを簡単に測定することが可能になる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記第１の励起光源としてＨｅ−Ｃｄレーザを用い、前記第２の励起光源としてＡｒイオンレーザを用いるので、前記第１の励起光源および前記第２の励起光源としてそれぞれ、発振波長の安定性が高い汎用のガスレーザを用いることができる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４の発明において、前記良否を判定するにあたり、前記浅い領域からの発光スペクトルと前記浅い領域よりも深い領域からの発光を含む発光スペクトルとの両方から規定波長範囲内で規定値以上の発光強度が得られるときに良品として判定するので、電子放出効率が高くてエミッション電流が大きな高性能の電界放射型電子源を良品として選別することができる。
【００１４】
請求項６の発明は、導電性層と、導電性層の一表面側に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印加することにより導電性層から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の検査装置であって、強電界ドリフト層へ光を照射する励起光源と、強電界ドリフト層における表面から１００ｎｍ以内の浅い領域からの室温での発光スペクトルと前記浅い領域よりも深い領域からの発光を含む室温での発光スペクトルとを比較して強電界ドリフト層の良否を判定する判定手段とを備えることを特徴とするものであり、室温下の大気中において非破壊、非接触で簡単に強電界ドリフト層の検査を行うことができ、電界放射型電子源の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、本実施形態において検査対象となる電界放射型電子源およびその製造方法について説明し、その後、検査方法および検査装置について説明する。
【００１６】
電界放射型電子源１０は、図３に示すように、導電性基板たるｎ形シリコン基板１の主表面側に酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に導電性薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極７が形成され、ｎ形シリコン基板１の裏面にオーミック電極２が形成されている。なお、図３に示す電界放射型電子源１０では、導電性基板として抵抗率が導体の抵抗率に比較的近い単結晶のｎ形シリコン基板１（例えば、抵抗率が０．０１Ωｃｍ〜０．０２Ωｃｍの（１００）基板）を用いており、ｎ形シリコン基板１が導電性層を構成している。
【００１７】
図３に示す構成の電界放射型電子源１０では、表面電極７を真空中に配置するとともに図４に示すように表面電極７に対向してコレクタ電極２１を配置し、表面電極７を導電性層であるｎ形シリコン基板１に対して正極として直流電圧Ｖｐｓを印加するとともに、コレクタ電極２１を表面電極７に対して正極として直流電圧Ｖｃを印加することにより、ｎ形シリコン基板１から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して放出される（なお、図４中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ−の流れを示す）。したがって、表面電極７としては、仕事関数の小さな材料を用いることが望ましい。ここにおいて、表面電極７とｎ形シリコン基板１（オーミック電極２）との間に流れる電流をダイオード電流Ｉｐｓと呼び、コレクタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉｅと呼ぶことにすると、ダイオード電流Ｉｐｓに対するエミッション電流Ｉｅが大きい（Ｉｅ／Ｉｐｓが大きい）ほど電子放出効率が高くなる。なお、この電界放射型電子源１０では、表面電極７とオーミック電極２との間に印加する直流電圧Ｖｐｓを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができる。
【００１８】
ここに、強電界ドリフト層６は、図５に示すように、少なくとも、導電性基板たるｎ形シリコン基板１の主表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在する結晶粒径がナノメータサイズ（５ｎｍ以下）のシリコン微結晶６３と、シリコン微結晶６３の表面に形成されシリコン微結晶６３の結晶粒径よりも膜厚が小さなシリコン酸化膜６４とを含んでいると考えられる。要するに、強電界ドリフト層６は、各グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では結晶状態が維持されている。
【００１９】
したがって、電界放射型電子源１０では、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極７とｎ形シリコン基板１（オーミック電極２）との間に表面電極７を正極として直流電圧Ｖｐｓを印加するとともに、コレクタ電極２１と表面電極７との間にコレクタ電極２１を正極として直流電圧Ｖｃを印加することにより、直流電圧Ｖｐｓが所定値（臨界値）に達すると、ｎ形シリコン基板１から強電界ドリフト層６へ熱的励起により電子ｅ−が注入される。一方、強電界ドリフト層６へ印加された電界はほとんどシリコン酸化膜６４にかかるから、注入された電子はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層６における多結晶シリコンのグレイン５１の間の領域を表面に向かって図５中の矢印の向きへ（図５の上方向へ向かって）ドリフトし、強電界ドリフト層６の最表面の酸化層（図示せず）を介して表面電極７をトンネルし真空中に放出される。しかして、強電界ドリフト層６ではｎ形シリコン基板１から注入された電子がシリコン微結晶６３に衝突せずにシリコン酸化膜６４に印加されている電界で加速されてドリフトして表面電極７を通して放出され（弾道型電子放出現象）、強電界ドリフト層６で発生した熱が柱状の多結晶シリコンのグレイン５１を通して放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せず高効率で電子を放出することができる。
【００２０】
以下、製造方法について図６を参照しながら説明する。
【００２１】
まず、ｎ形シリコン基板１の裏面にオーミック電極２を形成した後、ｎ形シリコン基板１の主表面上に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）の半導体層たるノンドープの多結晶シリコン層３を形成（成膜）することにより図６（ａ）に示すような構造が得られる。なお、多結晶シリコン層３の成膜は、導電性基板が半導体基板の場合には例えばＬＰＣＶＤ法やスパッタ法により行ってもよいし、あるいはプラズマＣＶＤ法によってアモルファスシリコンを成膜した後にアニール処理を行うことにより結晶化させて成膜してもよい。また、導電性基板がガラス基板に導電性層を形成した基板の場合には、ＣＶＤ法により導電性層上にアモルファスシリコンを成膜した後にエキシマレーザでアニールすることにより、多結晶シリコン層を形成してもよい。また、導電性層上に多結晶シリコン層を形成する方法はＣＶＤ法に限定されるものではなく、例えばＣＧＳ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｇｒａｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）法や触媒ＣＶＤ法などを用いてもよい。
【００２２】
ノンドープの多結晶シリコン層３を形成した後、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極酸化処理槽を利用し、白金電極（図示せず）を負極、ｎ形シリコン基板１（オーミック電極２）を正極として、多結晶シリコン層３に光照射を行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行うことによって、多孔質多結晶シリコン層４が形成され図６（ｂ）に示すような構造が得られる。ここにおいて、本実施形態では、陽極酸化処理の条件として、陽極酸化処理の期間、多結晶シリコン層３の表面に照射する光パワーを一定、電流密度を一定としたが、この条件は適宜変更してもよい（例えば、電流密度を変化させてもよい）。
【００２３】
次に、急速加熱法（ＲＴＯ法）によって、多孔質多結晶シリコン層４を酸化することにより、強電界ドリフト層６が形成され、図６（ｃ）に示す構造が得られる。なお、急速加熱法による酸化条件は、ランプアニール装置を用い、炉内を酸素雰囲気として基板温度を所定の酸化温度（例えば、９００℃）で所定の酸化時間（例えば、１時間）のアニールを行う。
【００２４】
強電界ドリフト層６を形成した後は、強電界ドリフト層６上に導電性薄膜（例えば、金薄膜）からなる表面電極７を例えば蒸着により形成することによって、図６（ｄ）に示す構造の電界放射型電子源１０が得られる。
【００２５】
なお、表面電極７の膜厚を１５ｎｍとしてあるが、この膜厚は特に限定するものではなく、強電界ドリフト層６を通ってきた電子がトンネルできる膜厚であればよい。また、表面電極７となる導電性薄膜を蒸着により形成しているが、導電性薄膜の形成方法は蒸着に限定されるものではなく、例えばスパッタ法を用いてもよい。また、本実施形態では表面電極７を金薄膜により構成しているが、厚み方向に積層された少なくとも二層の薄膜電極層により構成してもよい。二層の薄膜電極層により構成する場合には、上層の薄膜電極層の材料として例えば金などを採用し、下層の薄膜電極層（強電界ドリフト層６側の薄膜電極層）の材料として例えば、クロム、ニッケル、白金、チタン、イリジウムなどを採用すればよい。
【００２６】
ところで、図３に示す構成の電界放射型電子源１０では、導電性基板としてｎ形シリコン基板１を用いているが、ｎ形シリコン基板１の代わりに、クロムなどの金属基板を用いてもよいし、図７に示すようにガラス基板などの絶縁性基板１１の一表面側に導電性層８（例えば、ＩＴＯ膜）を形成したものを用いてもよい。図７に示す構成の電界放射型電子源１０では、表面電極７を真空中に配置するとともに図８に示すように表面電極７に対向してコレクタ電極２１を配置し、表面電極７を導電性層８に対して正極として直流電圧Ｖｐｓを印加するとともに、コレクタ電極２１を表面電極７に対して正極として直流電圧Ｖｃを印加することにより、導電性層８から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して放出される（なお、図８中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ−の流れを示す）。ここにおいて、表面電極７と導電性層８との間に流れる電流をダイオード電流Ｉｐｓと呼び、コレクタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉｅと呼ぶことにすると、ダイオード電流Ｉｐｓに対するエミッション電流Ｉｅが大きい（Ｉｅ／Ｉｐｓが大きい）ほど電子放出効率が高くなる。なお、この電界放射型電子源１０では、表面電極７と導電性層８との間に印加する直流電圧Ｖｐｓを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができる。
【００２７】
ガラス基板の一表面側に導電性層を形成した基板を用いる場合には、半導体基板を用いる場合に比べて、大面積化および低コスト化を図ることができる。
【００２８】
ところで、図３および図７にそれぞれ示した電界放射型電子源１０では、強電界ドリフト層６を酸化した多孔質多結晶シリコン層により構成しているが、強電界ドリフト層６を窒化した多孔質多結晶シリコン層、あるいは、その他の酸化若しくは窒化した多孔質半導体層により構成してもよい。
【００２９】
ところで、本願発明者らは、鋭意研究の結果、強電界ドリフト層６をフォトルミネッセンス測定による測定結果に基づいて適宜の評価を行うことによって、電界放射型電子源１０の性能を検査できるという知見を得た。この点について説明すると、本願発明者らは、電界放射型電子源１０は真空中で長時間動作させることにより経時劣化しエミッション電流Ｉｅが徐々に小さくなるが、加速試験によりエミッション電流Ｉｅの電流密度が加速試験開始前から１桁程度小さくなった（上述の直流電圧Ｖｐｓを２０Ｖとして加速試験を行ったときにエミッション電流Ｉｅが１桁程度小さくなった）ものに関して試験開始前後（劣化前後）における強電界ドリフト層６のフォトルミネッセンス測定を種々の測定条件で行うことにより、劣化前後で発光スペクトルに違いが見られる測定条件が存在するという知見を得た。
【００３０】
発光スペクトルの違いについて図１を参照して説明する。図１（ａ）は劣化前の強電界ドリフト層６へＨｅ−Ｃｄレーザから波長が３２５ｎｍの光を照射して測定した発光スペクトル、同図（ｂ）は劣化前の強電界ドリフト層６へアルゴンイオンレーザから波長が４８８ｎｍの光を照射して測定した発光スペクトル、同図（ｃ）は劣化後の強電界ドリフト層６へＨｅ−Ｃｄレーザから波長が３２５ｎｍの光を照射して測定した発光スペクトル、同図（ｄ）は劣化後の強電界ドリフト層６へアルゴンイオンレーザから波長が４８８ｎｍの光を照射して測定した発光スペクトル、をそれぞれ示す。また、図１（ａ）〜（ｄ）中のイは室温（３００Ｋ）での測定における発光スペクトル、ロは極低温（１０Ｋ）での測定における発光スペクトルを示す。ここにおいて、上述の強電界ドリフト層６の厚さは１．５μｍに設定されており、Ｈｅ−Ｃｄレーザから照射される波長が３２５ｎｍの光の強電界ドリフト層６への侵入長は強電界ドリフト層６の表面から深さ方向へ１００ｎｍ以内であるから、図１（ａ）および図１（ｃ）は強電界ドリフト層６の表面近傍の浅い領域からの発光スペクトルを示している。一方、アルゴンイオンレーザから照射される波長が４８８ｎｍの光の強電界ドリフト層６への侵入長は１．５μｍよりも大きいので、図１（ｂ）および図１（ｄ）は強電界ドリフト層６の表面近傍の浅い領域からの発光と表面近傍よりも深い領域からの発光とを含む発光スペクトルを示している。言い換えれば、図１（ｂ）および図１（ｄ）は強電界ドリフト層６の表面から導電性層（ｎ形シリコン基板１）との界面までの深さ方向における全領域からの発光スペクトルを示している。なお、一般に、シリコン酸化膜からの発光はＦバンドと呼ばれ、４３０〜５４０ｎｍ付近にピークを持つことが知られ、シリコン微結晶からの発光はＳバンドと呼ばれ、６５０〜８００ｎｍ付近にピークを持つことが知られている。
【００３１】
図１から、１０Ｋでの発光スペクトルの比較では強電界ドリフト層６の劣化前後で顕著な差は見られないが、３００Ｋでの発光スペクトルの比較ではＨｅ−Ｃｄレーザからの光を照射して測定した発光スペクトルに強電界ドリフト層６の劣化前後で顕著な差が見られることが分かる。すなわち、劣化前には図１（ａ）に示すように４３０〜５４０ｎｍの波長範囲内でも発光しているのに対し、劣化後には図１（ｃ）に示すように４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲内で発光していない（ここに言う発光していないとは発光強度が検出限界以下であることを意味している）ことが分かる。なお、３００Ｋでの発光スペクトルの比較であっても、アルゴンイオンレーザからの光を照射して測定した発光スペクトルでは強電界ドリフト層６の劣化前後で顕著な差は見られなかった。
【００３２】
ところで、図１（ｃ），（ｄ）に示すような発光スペクトルが得られる強電界ドリフト層６を有するものが、図１（ａ），（ｂ）に示すような発光スペクトルが得られる強電界ドリフト層６を有するものに比べてエミッション電流Ｉｅの電流密度が１桁程度小さくなる理由としては、上述のシリコン酸化膜５２，６４およびシリコン微結晶６３が破壊されてしまい、強電界ドリフト層６中での電子の散乱確率が高くなってしまうからであると考えられる。要するに、エミッション電流Ｉｅの電流密度の大きさには、シリコン酸化膜５２，６４の膜質やシリコン微結晶６３の結晶性などが関連しており、加速試験を行わなくても電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｐｓ）が低い不良品については、例えば強電界ドリフト層６を形成する場合の多孔質多結晶シリコン層４の酸化時に、シリコン酸化膜５２，６４の膜質やシリコン微結晶６３の結晶性が所望の電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｐｓ）を得るのに不十分となっていることが考えられる。
【００３３】
したがって、電界放射型電子源１０の性能評価において、エミッション電流の大きさで選別を行うような場合、強電界ドリフト層６を形成した後のウェハの状態（表面電極７が形成されていてもよいし、表面電極７が形成されていなくてもよい）で室温下において強電界ドリフト層６を光で励起することにより発光させ、強電界ドリフト層６における表面近傍の浅い領域からの発光スペクトルと表面近傍よりも深い領域からの発光を含む発光スペクトルとを比較して強電界ドリフト層６の良否を判定することができ、この良否判定の結果をエミッション電流の大きさでの選別結果として代用することが可能となる。
【００３４】
図２に強電界ドリフト層６の良否を判定する検査装置の概略構成を示す。図２に示す構成の検査装置では、レーザ光源からなる励起光源１０１より発生したレーザビームは、２つのミラー１０２，１０３により偏向されてウェハよりなるサンプルＳの表面に照射される。励起光源１０１としては、波長が３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザよりなる第１の励起光源と、波長が４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザよりなる第２の励起光源とを適宜切り換えて用いるようになっている。
【００３５】
ウェハは、電界放射型電子源１０が形成された状態のものでもよいし、強電界ドリフト層６が形成され表面電極７形成前の状態のものでもよく、いずれにしても強電界ドリフト層６の形成後の状態にあればよい。要するに、強電界ドリフト層６には励起光源１０１から光が照射されて励起して発光することになる。サンプルＳの強電界ドリフト層６からの発光は集光光学系１０４を通して集光されて分光器１０５にて分光される。ここにおいて、サンプルＳには室温にて励起光源１０１からの光を照射する。分光器１０５の出力信号は信号変換部１０６にて電気信号に変換されて制御部１０７に入力される。なお、分光器１０５は、コンピュータからなる制御部１０７により制御される。
【００３６】
制御部１０７は、第１の励起光源により強電界ドリフト層６を励起させて得られた浅い領域からの発光スペクトル（以下、第１の発光スペクトルと称す）と第２の励起光源により強電界ドリフト層６を励起させて得られた浅い領域よりも深い領域からの発光を含む発光スペクトル（以下、第２の発光スペクトルと称す）とを比較して強電界ドリフト層６の良否を判定する判定手段を有し、判定手段による判定結果は図示しない表示装置に表示される。この判定手段は、第１の発光スペクトルと第２の発光スペクトルとの両方から規定波長範囲（例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ）内で規定値（＞０）以上の発光強度が得られるときに良品と判定し、それ以外のときには不良品と判定するようになっている。さらに説明すると、各発光スペクトルの横軸を波長、縦軸をフォトルミネッセンス強度とし、判定手段は、規定波長範囲内で第１の発光スペクトルと横軸とで囲まれる部分の面積（以下、第１の面積Ｓ１と称す）と第２の発光スペクトルと横軸とで囲まれる部分の面積（以下、第２の面積Ｓ２と称す）とを比較して、第２の面積Ｓ２に対する第１の面積Ｓ１の比からなる発光強度比Ｓ１／Ｓ２が閾値以上のときに良品と判定し、閾値未満のときに不良品と判定する。ここに、上述のようにエミッション電流Ｉｅが１桁小さく図１（ｃ），（ｄ）に示すような発光スペクトルが得られるものでは、第１の発光スペクトルにおける規定波長範囲内での発光が観測されず発光強度が零若しくは検出限界以下であって、発光強度が上記規定値未満となり発光強度比Ｓ１／Ｓ２が零となるから、閾値を例えば０．１に設定しておけば、不良品と判定される。一方、図１（ａ），（ｂ）に示すような発光スペクトルが得られるものでは発光強度比Ｓ１／Ｓ２が閾値よりも大きくなるから、良品と判定される。
【００３７】
しかして、図２に示す構成の検査装置を用いて強電界ドリフト層６の検査を行う場合、室温下において強電界ドリフト層６に光エネルギを与えて強電界ドリフト層６を励起することにより発光させ、強電界ドリフト層６の表面近傍の浅い領域からの第１の発光スペクトルと表面近傍よりも深い領域からの発光を含む第２の発光スペクトルとを比較して強電界ドリフト層６の良否を判定するので、室温下における大気中での非破壊の検査で強電界ドリフト層６の良否を判定できるとともに、強電界ドリフト層６が形成された後のウェハの状態で検査を行うことができるから、電界放射型電子源１０の検査が簡単になるとともに電界放射型電子源１０の製造コストを低減することができる。また、この検査装置を用いて良品と判定された電界放射型電子源１０は、電子放出効率が高くエミッション電流も高くなるので、高性能な電界放射型電子源の安定した提供に役立てることができる。また、第１の励起光源としてＨｅ−Ｃｄレーザを用い、第２の励起光源としてアルゴンイオンレーザを用いているので、第１の励起光源と第２の励起光源とで光の波長が異なり、前記浅い領域のみからの第１の発光スペクトルを簡単に測定することができ、しかも、第１の励起光源および第２の励起光源としてそれぞれ波長安定性が高い汎用のガスレーザを用いることができるから、検査装置の取り扱いが容易になるとともに低コスト化が可能になる。なお、Ｈｅ−Ｃｄレーザはアルゴンイオンレーザに比べて比較的低出力で消費電力が少なく小型のガスレーザなので、検査装置の小型化を図ることが可能になる。
【００３８】
ここにおいて、強電界ドリフト層６からのフォトルミネッセンス（ＰＬ）発光は、表面電極７に覆われていない部分の方が高い発光強度（輝度）を得ることができるので、ウェハの一部に酸化した多孔質多結晶シリコン層４が表面電極７に覆われないで露出する評価用の領域を設けることにより、良否判定を高感度で行うことができる。
【００３９】
なお、多孔質多結晶シリコン層４中のシリコン微結晶６３を破壊することなく、シリコン微結晶６３の表面にシリコン酸化膜６４を形成する方法としては、ＲＴＯ法を用いて温度上昇時間を数秒以内とする方法や、熱酸化で酸化時間を短くする方法、酸化温度を下げる方法などがある。また、酸化性溶液により酸化する方法、酸により酸化する方法、電気化学的に酸化する方法、プラズマを利用して酸化する方法、紫外線照射により酸化する方法、オゾン雰囲気中で酸化する方法、オゾン雰囲気中で紫外光を照射して酸化する方法などを採用すれば、６００℃以下の低温でシリコン微結晶６３の破壊を防ぎつつシリコン微結晶６３の表面にシリコン酸化膜６４を形成することができる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、導電性層と、導電性層の一表面側に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印加することにより導電性層から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の検査方法であって、室温下において強電界ドリフト層を励起することにより発光させ、強電界ドリフト層における表面から１００ｎｍ以内の浅い領域からの発光スペクトルと前記浅い領域よりも深い領域からの発光を含む発光スペクトルとを比較して強電界ドリフト層の良否を判定するので、大気中での室温の検査で強電界ドリフト層の良否を判定できるとともに、強電界ドリフト層が形成された後の製造工程の途中でもウェハの状態で検査を行うことができるから、電界放射型電子源の検査が簡単になるとともに電界放射型電子源の製造コストを低減することができるという効果がある。
【００４１】
また、前記浅い領域が、強電界ドリフト層の表面から１００ｎｍ以内の領域なので、前記浅い領域を励起させるのに例えば波長が３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザのような比較的低出力で消費電力が少なく小型のガスレーザを用いることができるという効果がある。
【００４２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記強電界ドリフト層を励起するにあたり、光により励起するので、非接触、非破壊で前記強電界ドリフト層の検査を行うことができるという効果がある。
【００４３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記浅い領域のみを発光させるための第１の励起光源の光の波長と前記浅い領域よりも深い領域を発光させるための第２の励起光源の光の波長とが異なるので、前記浅い領域のみからの発光スペクトルを簡単に測定することが可能になるという効果がある。
【００４４】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記第１の励起光源としてＨｅ−Ｃｄレーザを用い、前記第２の励起光源としてＡｒイオンレーザを用いるので、前記第１の励起光源および前記第２の励起光源としてそれぞれ、発振波長の安定性が高い汎用のガスレーザを用いることができるという効果がある。
【００４５】
請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４の発明において、前記良否を判定するにあたり、前記浅い領域からの発光スペクトルと前記浅い領域よりも深い領域からの発光を含む発光スペクトルとの両方から規定波長範囲内で規定値以上の発光強度が得られるときに良品として判定するので、電子放出効率が高くてエミッション電流が大きな高性能の電界放射型電子源を良品として選別することができるという効果がある。
【００４６】
請求項６の発明は、導電性層と、導電性層の一表面側に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印加することにより導電性層から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の検査装置であって、強電界ドリフト層へ光を照射する励起光源と、強電界ドリフト層における表面から１００ｎｍ以内の浅い領域からの室温での発光スペクトルと前記浅い領域よりも深い領域からの発光を含む室温での発光スペクトルとを比較して強電界ドリフト層の良否を判定する判定手段とを備えるものであり、室温下の大気中において非破壊、非接触で簡単に強電界ドリフト層の検査を行うことができ、電界放射型電子源の製造コストの低減を図ることが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における検査方法の説明図である。
【図２】同上における検査装置の概略構成図である。
【図３】検査対象となる電界放射型電子源の一例の概略断面図である。
【図４】検査対象となる電界放射型電子源の一例の動作説明図である。
【図５】検査対象となる電界放射型電子源の一例の動作説明図である。
【図６】検査対象となる電界放射型電子源の一例の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図７】検査対象となる電界放射型電子源の他の例の概略断面図である。
【図８】検査対象となる電界放射型電子源の他の例の動作説明図である。
【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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【図７】
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【図８】
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