(57)【要約】  陰極が円錐台形状を有する電子銃であって放射電流密度が均一な電子銃を、効率よく製造する。  タングステン又はモリブデンの単結晶ニードルに金属元素の酸化物を拡散させるための供給源を設けてなる陰極電子銃の製造方法であって、陰極である単結晶端部に、予め機械加工により平坦面を有する円錐台形状に形成後、集束ガリウムイオンビームにより前記平坦面表層を薄削除し再平坦化する。
2009098788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッドの一端部に電子放射部を有する電子源の製造方法であって、機械加工法により前記端部を平坦面を有する円錐台形状に形成する工程と、集束イオンビーム加工法または気相エッチング法により前記平坦面の表層を除去する工程と、を含む、電子源の製造方法。
【請求項２】
前記円錐台形状に形成する工程と、前記平坦面の表層を集束イオンビーム加工法により除去する工程と、の間に、液相エッチング法または電解研磨法により前記端部表面の加工損傷層を除去する工程をさらに含む、請求項１記載の電子源の製造方法。
【請求項３】
前記平坦面の表層を除去する工程が、二フッ化キセノンガス雰囲気中にて集束ガリウムイオンビームを照射して前記平坦面の表層を除去する工程である、請求項１記載の電子源の製造方法。
【請求項４】
前記平坦面の表層を除去する工程が、酸素圧を０．３×１０−４Ｐａ以上８×１０−４Ｐａ以下とし、温度を１７００Ｋ以上１９５０Ｋ以下とした条件で気相エッチングを行って前記平坦面の表層を含む前記端部表面の加工損傷層を除去する工程である、請求項１記載の電子源の製造方法。
【請求項５】
前記平坦面の直径が、１０μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１記載の電子源の製造方法。
【請求項６】
前記電子源が、方位＜１００＞のタングステンまたはモリブデンの単結晶ロッドに金属元素の酸化物を拡散させるための供給源を設けてなる電子源である、請求項１記載の電子源の製造方法。
【請求項７】
前記金属元素が、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、またはランタノイド系列から選ばれた金属元素である、請求項６記載の電子源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子源の製造方法に関する。
【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との被覆層を設けたといわれる陰極（電子源（以下、ＺｒＯ／Ｗ電子源と記す））を用いた電子銃が用いられている（以下、ＺｒＯ／Ｗ電子銃と記す）（非特許文献１参照）。【０００３】
ＺｒＯ／Ｗ電子銃は、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、ジルコニウム及び酸素からなる被覆層（以下、ＺｒＯ被覆層という）が設けられる。このＺｒＯ被覆層によってタングステン単結晶の（１００）面の仕事関数は、４．５ｅＶから約２．８ｅＶに低下させられ、この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利点を有する。また冷電界放射電子銃よりも安定で、低い真空度でも動作し、使い易いという利点を有している（非特許文献２参照）。【０００４】
ＺｒＯ／Ｗ電子銃は、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ビームを放射するタングステンの＜１００＞方位の針状の陰極１が溶接等により固着されている。陰極１の一部には、ジルコニウムと酸素の供給源２が設けられている。なお、図示していないが陰極１の表面はＺｒＯ被覆層で覆われている。【０００５】
陰極１はフィラメント３により通電加熱されて一般に１８００Ｋ程度の温度下で使用されるので、陰極１の表面のＺｒＯ被覆層は蒸発する。しかし、供給源２よりジルコニウム及び酸素が拡散することにより、陰極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電子銃の陰極１の先端部はサプレッサー電極８と引き出し電極９の間に配置され使用される（図３参照）。陰極１には引き出し電極９に対して負の高電圧が印加され、更にサプレッサー電極８には陰極１に対して数百ボルト程度の負の電圧が印加され、フィラメント３からの熱電子を抑制する。【０００７】
ＺｒＯ／Ｗ電子銃は低加速電圧で用いられる測長ＳＥＭやウェハ検査装置においては、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、及びオージェ分光装置等においては、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が要求されることがある。【０００９】
しかしながら、ＺｒＯ／Ｗ電子銃においては、（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点、および（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０．４〜１．０×１０９Ｖ／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点を克服すべきという面でさらなる改善の余地があった（非特許文献３参照）。【００１０】
この欠点を解決するために、ＺｒＯ／Ｗ電子銃の陰極端部を円錐台形状とし、電子放射部となる円錐台上面の直径を５μｍ以上２００μｍ以下と電子放射面積を広くすることで低い引き出し電圧で高角電流密度動作させる電子銃が提案されている（特許文献１参照）。なお、この特許文献１の実施例によれば、陰極端部を円錐状に形成後、機械研磨によって陰極端部を円錐台形状に形成している。また、この特許文献１では、陰極端部を円錐状に形成後、集束ガリウムイオンビームにより平面的に削除し円錐台状に形成する方法についても提案されている。【００１１】
しかし、機械研磨を用いて陰極端部を円錐台状にした電子銃においては、放射電流密度が不均一になるという問題点が生じる場合がある。この不均一性により軸上電流がばらつき、均一に電子線照射を行なうことが困難になる。この不均一性は、単結晶ロッドを機械加工した際の加工表面損傷によるものと考えられている。この加工損傷層の深さは、機械加工、機械研磨時の砥粒の荒さに依存するが、数１０μｍに及ぶことが知られている（非特許文献４参照）。【００１２】
このような問題点に対して、機械研磨による陰極端部の円錐台状加工後、電解研磨により加工損傷層を除去することで、電流放射分布の不均一性を改善する方法が提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２の実施例では直径２０μｍの平坦部を設けた場合の電流放射分布の不均一性を改善する効果についても実証されている。【００１３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００４／０７３０１０号パンフレット
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００６／０７５７１５号パンフレット
【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】"SURFACE ANALYSIS BY X-RAY TOPOGRAPHY AND ETCHING DURING THE PREPARATION OF SINGLE CRYSTAL SURFACES" U. Linke and W. U. Kopp, Microstructural Sciences, Vol.9, 1981, p299-308
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。【００１５】
第一に、特許文献１では、陰極端部を円錐状に形成後、集束ガリウムイオンビームにより平面的に削除し円錐台状に形成する方法についても提案されているが、実施例に記載されているのは、陰極端部を円錐状に形成後、機械研磨によって陰極端部に直径１００μｍの平坦部を設けて円錐台形状に形成する方法である。【００１６】
確かに、陰極端部を円錐状に形成後、集束ガリウムイオンビームにより平面的に削除し円錐台状に形成すれば、特許文献１に記載されているように、損傷層の少ない電子放射面を形成することができ、均一な放射電流密度を得ることが可能となると想定される。ただし、集束ガリウムイオンビームによる加工速度が非常に遅いため、円錐状の陰極端部から直径５μｍ程度の平坦面を形成するのに、数時間がかかってしまい、実際の量産ラインにおける製造工程を考慮に入れれば、直径１０μｍ以上の平坦面を集束ガリウムイオンビームにより形成することは非常に困難である。【００１７】
第二に、特許文献２では、機械研磨による陰極端部の円錐台状加工後、電解研磨により加工損傷層を除去する方法が開示されており、実施例では直径２０μｍの平坦部を設けた場合の電流放射分布の不均一性を改善する効果についても実証されている。【００１８】
しかしながら、この方法では、電解研磨により電子放射面外周にダレが生じてしまうため、電子放射面である円錐台上面の径が小さい場合には、電子放射面が曲面状になり放出電流密度が低下するという欠点がある。【００１９】
すなわち、本発明者等は、上記のように、（１）電子源において短時間で損傷層の少ない電子放射面を効率よく形成することができることにくわえて、（２）電流放射分布の不均一性を改善しつつ、さらに（３）放出電流密度を向上させる、という個々の技術的要求を解決するための技術を開発してきた。しかし、本発明者等は、上記のように、幾つかの発見に基づいて、それらの技術によっては、これら３つの互いに相反する関係にある技術的要求をバランスよく実現することができないことを発見した。【００２０】
このように、これら３つの技術的要求が互いに相反する関係にあることは、本発明者等が、特許文献１の技術をさらに改良する過程で、集束ガリウムイオンビームによる加工速度が非常に遅いため、円錐状の陰極端部から直径５μｍ程度の平坦面を形成するのに、数時間がかかってしまうということに気づき、特許文献２の技術をさらに改良する過程で、電解研磨により電子放射面外周にダレが生じてしまうため、電子放射面である円錐台上面の径が小さい場合には、電子放射面が曲面状になり放出電流密度が低下することに気付いた結果、初めて認識された技術的課題である。【００２１】
本発明は当技術分野で初めて認識された上記技術的課題に鑑みてなされたものであり、（１）電子源において短時間で損傷層の少ない電子放射面を効率よく形成することができることにくわえて、（２）電流放射分布の不均一性を改善しつつ、さらに（３）放出電流密度を向上させる、という互いに相反する関係にある３つの技術的要求をバランスよく実現することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明によれば、ロッドの一端部に電子放射部を有する電子源の製造方法であって、機械加工法により端部を平坦面を有する円錐台形状に形成する工程と、集束イオンビーム加工法または気相エッチング法により平坦面の表層を除去する工程と、を含む、電子源の製造方法が提供される。【００２３】
この方法によれば、短時間で電子放射面を効率よく形成することができる機械加工法により端部を平坦面を有する円錐台形状に形成した上で、集束イオンビーム加工法または気相エッチング法により平坦面の表層を除去して損傷層の少ない電子放射面を形成することができる。また、この方法によれば、電解研磨または液相エッチングを行わない（あるいは電解研磨または液相エッチングの後にさらに集束イオンビーム加工または気相エッチングを行う）ため、電子放射面外周にダレが生じてしまうことを抑制できる。【００２４】
そのため、この方法によれば、損傷層が少なく外周のダレも少ない電子放射面を短時間で効率よく形成することができるため、（１）電子源において短時間で損傷層の少ない電子放射面を効率よく形成することができることにくわえて、（２）電流放射分布の不均一性を改善しつつ、さらに（３）放出電流密度を向上させる、という互いに相反する関係にある３つの技術的要求をバランスよく実現することが可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、（１）電子源において短時間で損傷層の少ない電子放射面を効率よく形成することができることにくわえて、（２）電流放射分布の不均一性を改善しつつ、さらに（３）放出電流密度を向上させる、という互いに相反する関係にある３つの技術的要求をバランスよく実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＺｒＯ／Ｗ電子銃の構造図である。
【図２】陰極の拡大図である。
【図３】電子放射特性の評価装置の構成図である。
【図４】図４（ａ）はロッド１の比較例を示す説明図であり、図４（ｂ）はロッド１の実施例を示す説明図である。
【図５】電流放射分布の測定結果（実施例１並びに比較例１）を示すグラフである。
【図６】実施例２における電流放射分布を示すグラフである。
【図７】比較例２における電流放射分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１：陰極
２：供給源
３：フィラメント
４：導電端子
５：絶縁碍子
６：（円錐台部の）円錐部
７：平坦部（円錐台部の上面部）
８：サプレッサー電極
９：引き出し電極
１０：蛍光板
１１：アパーチャー
１２：カップ状電極
１３：プローブ電流測定用微小電流計
１４：フィラメント加熱電源
１５：バイアス電源
１６：高圧電源
１７：放射電子線
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
＜用語の説明＞
本明細書および請求の範囲では、下記の通り用語の意味を定義する。【００２９】
下限数値〜上限数値：下限数値以上かつ上限数値以下を意味する。【００３０】
熱陰極電界放出型電子銃：エミッタを電界下で加熱して電子を放出させる方式の電子銃を意味する。従来はタングステンチップを約２６００Ｋに加熱し、ポテンシャル障壁（約４．５ｅＶ）を越えさせて電子を放出させるものが使われることが多かったが、最近はタングステンフィラメントに酸化ジルコニウムをコーティングしポテンシャル障壁を下げた（約２．７ｅＶ）エミッタを約１８００Ｋに加熱し、ショットキー効果を利用して電子を放出させるものが使われることが多い。【００３１】
エッチング： 半導体や無機化合物の試料作製に使われる方法の一種であり、固体表面から表面原子を化学的、物理的反応を利用して選択的に取り除くことを意味する。液相エッチングと気相エッチングとに分けることができる。【００３２】
化学研磨：半導体や無機化合物の試料作製に使われる方法を意味する。強酸や強アルカリを基本にした研磨液に試料を浸して試料表面を平滑に保ちながら薄膜化する。機械的なひずみを与えずに試料作製ができるのが利点である。本明細書および請求の範囲では、選択的な溶解（エッチング）が起きないような研磨液等が使われるものを意味する。【００３３】
機械研磨：試料の物理的研磨を意味する。耐水ペーパを使った手作業での研磨、回転研磨器を使ったダイヤモンド粉やコランダムによる研磨、ディンプルグラインダを使ったコランダム粉による研磨、トライポットポリッシャを使ったダイヤモンド粉による研磨などがある。【００３４】
電解研磨：金属、合金などの材料加工に使われる方法であり、適当な電解質溶液中に浸し、試料を陽極、白金板やステンレス鋼を陰極とし、直流電流を流すことにより材料表面を溶出させ、試料表面を平滑に保ちながら研磨する方法を意味する。機械的なひずみを与えずに材料加工ができるのが利点である。【００３５】
集束イオンビーム加工：ガリウムイオンなどのイオンを数ｋＶ〜４０ｋＶ程度で加速し集束させて試料に照射して試料を加工する方法を意味する。なお、二次イオン像（ＳＥＭ像が見られる装置もある）で局所領域を観察しながら加工できる場合もある。【００３６】
＜実施形態１＞
以下、本発明の具体的な実施態様について、図１〜図４を参照しながら説明する。【００３７】
本実施形態では、走査型電子顕微鏡、オージェ電子分光、電子線露光機、ウェハ検査装置などの電子線応用機器に用いられる電子銃、ことに電子線露光機用に好適な電子銃に用いられる電子源の製造方法について説明する。【００３８】
本実施形態は、ロッド状陰極１の一端部に電子放射部を有する電子源の製造方法であって、機械加工法により端部を円錐部６に形成した上で、さらに平坦部７を有する円錐台形状に形成する工程と、さらに集束イオンビーム加工法によりその平坦部７の表層を除去する工程と、を含む、電子源の製造方法である。【００３９】
本実施形態の方法では、まず、タングステンまたはモリブデン単結晶＜１００＞方位のロッド状陰極１の端部に機械研磨または電解研磨によりに円錐部６を設けた後、次いでダイヤモンド研磨剤を被覆した研磨フィルム等を用いた機械研磨により、予め頂点に平坦部７を設ける。【００４０】
なお、電子線露光装置やオージェ電子分光装置等に好適な、高い角電流密度動作においても全放射電流量が少ない電子源とするためには、円錐部６の全角は２５°以上９５°以下で、平坦部７の直径は５〜２００μｍであることが好ましい。なお、平坦部７の直径は１０μｍ〜１００μｍであることがさらに好ましい。更に、同様の理由から、陰極１の端部に形成された平坦な電子放射面の法線は＜１００＞方位と２°以内であることが好ましく、０．５°以内の角度差に収められることがさらに好ましい。【００４１】
陰極１は、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を介して溶接により固定され、通電加熱できるようにする。【００４２】
陰極１の平坦部７の加工損傷層は最終的には集束ガリウムイオンビームにより削除されるが、初期の研削面が粗すぎる場合には集束ガリウムイオンビームでは加工損傷層を削除しきれない場合がある。従って、平坦部７を形成後、加工損傷層を気相エッチングまたは液相エッチング（化学エッチング）により除去しておくことが好ましい。すなわち、別の表現をすれば、上述の機械加工法により端部を円錐部６に形成した上で、平坦部７（平坦面）を有する円錐台形状に形成する工程と、集束イオンビーム加工法によりその平坦部７の表層を除去する工程と、の間に、液相エッチング法（化学エッチング法）または電解研磨法により端部表面の加工損傷層を除去する工程をさらに含むことが好ましい。【００４３】
気相エッチング方法としては、例えば、真空装置内で真空排気後、酸素ガスを導入して装置内を３×１０−６Ｔｏｒｒ（４×１０−４Ｐａ）とし、陰極１の温度を１８００Ｋ〜２０００Ｋに加熱して行なう。また、化学エッチング方法としては、例えば、陰極１の円錐部８が１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液に浸漬するようにして、導電端子４と液中に設置した電極間に６Ｖの電圧を印加して行なう。【００４４】
これらの加工損傷層の除去方法により、平坦部７に凹凸が形成されたり曲面状になったりする（外周のダレが発生する）場合があるが、本実施形態では、最終的に集束ガリウムイオンビームにより再度平坦化されるので、電子放射特性にはほとんど影響しない。【００４５】
陰極１には、電子放射面の仕事関数を低下させる効果のある金属と酸素からなる供給源が設けられる。とりわけジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド系列元素、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）の群から選ばれた元素を含有する金属酸化物からなる供給源を有する電子源が、熱陰極電界放出型電子銃のための電子源として好ましく適用できる。【００４６】
Ｚｒ−Ｏの系を例にとると、水素化ジルコニウムを粉砕して有機溶剤と混合しペースト状にしたものを陰極の一部に塗布して、３×１０−６Ｔｏｒｒ（４×１０−４Ｐａ）程度の酸素雰囲気中で陰極を加熱してＺｒＨ２を熱分解し、更に酸化してジルコニウムと酸素の供給源を形成する。【００４７】
この酸素雰囲気での加熱処理においても、陰極１は酸素によるエッチングを受け、平坦部７に凹凸が形成される場合があるが、この場合も、最終的に集束ガリウムイオンビームにより再度平坦化されるので、電子放射特性には影響しない。【００４８】
集束ガリウムイオンビームによって平坦部７を再平坦化する場合、イオンビームの方向に対して平坦部７が平行になるように位置させ、平坦部７の表層に制限して均一にイオンビームを照射することにより、平坦度が高く加工損傷のない面を短時間で形成することが可能となる。このとき、平坦部７の表層の除去効率の面からは、二フッ化キセノンガス雰囲気中にて集束ガリウムイオンビームを照射して平坦部７の表層を除去することが好ましい。【００４９】
この陰極を引き出し電極９とサプレッサー電極８の間に配置して、引き出し電極９に対して陰極１に数キロボルトの負の高電圧を印加する。サプレッサー電極８には陰極１に対して数百ボルトの負の電圧を印加すると共に陰極１を１５００〜１９００Ｋ に加熱することにより電子放射が行なえる。【００５０】
本実施形態の方法によれば、集束ガリウムイオンビームによる電子放射面の加工を用いることで、機械研磨で生じる加工損傷層が除去され、均一な放射電流密度が得られる。そのため、後述する実施例で説明するように、本実施形態の電子源を備える熱陰極電界放出型の電子銃は、１ｍＡ／ｓｒ以上の高い角電流密度で均一な放射電流密度が得られ、余剰電流が極めて低いため信頼性が高い。さらに、この電子銃は１×１０−８Ｔｏｒｒ（１×１０−６Ｐａ）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し、また、陰極表面がイオン衝撃により荒らされても直ぐに平滑な表面に修復するという特徴を有している。【００５１】
＜実施形態１の作用効果＞
以下、本実施形態の電子源の製造方法の作用効果について説明する。
本実施形態によれば、陰極１（ロッド）の一端部に電子放射部を有する電子源の製造方法であって、機械加工法により端部を平坦部７（平坦面）を有する円錐台形状に形成する工程と、集束イオンビーム加工法により平坦部７の表層を除去する工程と、を含む、電子源の製造方法が提供される。【００５２】
この方法によれば、短時間で電子放射面を効率よく形成することができる機械加工法により端部を平坦部７を有する円錐台形状に形成した上で、集束イオンビーム加工法により平坦部７の表層を除去して損傷層の少ない電子放射面を形成することができる。また、この方法によれば、電解研磨または液相エッチングを行わない（あるいは電解研磨または液相エッチングの後にさらに集束イオンビーム加工を行う）ため、電子放射面外周にダレが生じてしまうことを抑制できる。【００５３】
そのため、本実施形態の方法によれば、損傷層が少なく外周のダレも少ない平坦部７（電子放射面）を短時間で効率よく形成することができるため、（１）電子源において短時間で損傷層の少ない平坦部７を効率よく形成することができることにくわえて、（２）電流放射分布の不均一性を改善しつつ、さらに（３）放出電流密度を向上させる、という互いに相反する関係にある３つの技術的要求をバランスよく実現することが可能になる。【００５４】
さらに、本実施形態の方法では、上述の円錐台形状に形成する工程と、上述の平坦部７（平坦面）の表層を除去する工程と、の間に、液相エッチング法または電解研磨法により端部表面の加工損傷層を除去する工程をさらに含むことが好ましい。このようにすれば、初期の機械研磨の研削面が粗すぎたとしても、液相エッチング法または電解研磨法により端部表面の加工損傷層をある程度除去するため、その後の集束ガリウムイオンビームで陰極１の平坦部７の加工損傷層を最終的には削除してしまえる。【００５５】
また、本実施形態の方法では、上述の平坦部７（平坦面）の表層を除去する工程が、二フッ化キセノンガス雰囲気中にて集束ガリウムイオンビームを照射して平坦面の表層を除去する工程であることが好ましい。このようにすれば、集束ガリウムイオンビームによる平坦部７の表層の除去効率がよくなり、平坦度が高く加工損傷の少ない平坦部７をより一層短時間で形成することが可能となる。【００５６】
さらに、本実施形態の方法では、上述の平坦部７（平坦面）の直径が、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。このようにすれば、電子線露光装置やオージェ電子分光装置等に好適な、高い角電流密度動作においても全放射電流量が少ない電子源が得られるためである。【００５７】
なお、本実施形態の方法によれば、平坦部７の直径が１０μｍと小さい場合にも、電子放射面外周にダレが生じることを抑制できるため、電子放射面が曲面状になり放出電流密度が低下することを抑制できる。一方、本実施形態の方法によれば、平坦部７の直径が１００μｍと大きい場合にも、集束ガリウムイオンビームを照射することにより短時間で損傷層の少ない電子放射面を効率よく形成することができる。【００５８】
ここで、本実施形態の方法では、上述の電子源が、タングステンまたはモリブデンの単結晶ロッド（陰極１）に金属元素の酸化物を拡散させるための供給源を設けてなる電子源であることが好ましい。また、この金属元素が、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、またはランタノイド系列から選ばれた金属元素であることが好ましい。さらに、上述のロッド（陰極１）の方位が＜１００＞であることが好ましい。そして、上述の電子源が、熱陰極電界放出型電子銃のための電子源であることが好ましい。【００５９】
このようにすれば、これらの金属酸化物の被覆層によってタングステン単結晶＜１００＞の仕事関数は、４．５ｅＶから大きく低下させられ、この陰極の先端部に形成された平坦部７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、熱陰極電界放出型電子銃のための電子源として用いた場合に、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利点を有する。また冷電界放射電子銃よりも安定で、低い真空度でも動作し、使い易いという利点を有している。【００６０】
＜実施形態２＞
以下、本発明の別の実施態様について、実施形態１とは異なる特有の点を中心に、図１〜図４を参照しながら説明する。尚、すべての図面において、実施形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。【００６１】
本実施形態は、実施形態１の場合と同様に、陰極１（ロッド）の一端部に電子放射部を有する電子源の製造方法であって、機械加工法により端部を平坦部７を有する円錐台形状に形成する工程と、気相エッチング法により平坦部７の表層を除去する工程と、を含む、電子源の製造方法である。本実施形態に有っては、電子放射部を機械加工法により形成した後に、電子放射部に気相エッチングをしたことにより、電流放射分布をより均一にすることができ、大電流電子源を提供することができる。【００６２】
本実施形態における気相エッチングで用いられるガスは、エッチング効率および精度の向上の面からは、酸素であることが好ましく、酸素圧を０．３×１０−４から８×１０−４Ｐａとし、温度を１７００Ｋ以上１９５０Ｋ以下とすることが好ましい。本実施形態におけるロッドは、実施形態１の場合と同様の理由から、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、またはランタノイド系列から選ばれた金属元素の酸化物の拡散源を有することが好ましい。【００６３】
この拡散源の製造方法について、酸化ジルコニウムの場合を用いて説明する。酸化ジルコニウムで形成した拡散源を製造するには、まず、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陰極１を構成する単結晶ロッドの一部に塗布する。次いで、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３×１０−１０Ｔｏｒｒ（４×１０−８Ｐａ）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拡散源が製造される。【００６４】
ここで、陰極１を構成するロッドの方位は、実施形態１と同様の理由から＜１００＞であることが好ましい。【００６５】
また、本実施形態における陰極１を構成するロッドの一端部には円錐部６を有し、その頂点に電子放射部を配置し、電子放出部を平坦に形成するとともに、実施形態１と同様の理由から、その平坦部７の直径を１０μｍ以上１００μｍ以下とするのが好ましく、さらに好ましくは１０μｍ以上７０μｍ以下が好ましい。さらに、本実施形態にかかる電子源にあっては、陰極１を構成するロッドの一端部に円錐部６を有し、実施形態１と同様の理由から、化学エッチングにより加工損傷層を除去した後に円錐部６の頂点に平坦な電子放射部を形成するのが好ましい。【００６６】
もっとも、必ずしも化学エッチングをしなければならないわけではなく、陰極１を構成するタングステン又はモリブデンの単結晶からなるロッドの一端部に電子放射部を有する電子源の製造方法において、電子放射部を機械加工法により形成した後に、電子放射部に気相エッチングをしてもよい。【００６７】
繰り返しにはなるが、本実施形態における気相エッチングで用いられるガスは、エッチング効率および精度の向上の面からは、酸素であり、酸素圧を０．３×１０−４から８×１０−４Ｐａとし、温度を１７００Ｋ以上１９５０Ｋ以下とすることが好ましい。本実施形態における陰極１を構成するロッドは、実施形態１と同様の理由により、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、またはランタノイド系列から選ばれた金属元素の酸化物の拡散源を有することが好ましい。本実施形態における陰極１を構成するロッドの方位は、実施形態１と同様の理由により、＜１００＞であることが好ましい。【００６８】
本実施形態における陰極１を構成するロッドの一端部には円錐部６を有し、その頂点に電子放射部を配置し、電子放出部を平坦に形成するとともに、実施形態１と同様の理由により、その平坦部７の直径を１０μｍ以上１００μｍ以下とするのが好ましく、さらに１０μｍ以上７０μｍ以下とすることが好ましい。さらに、本実施形態にかかる電子源にあっては、ロッドの一端部に円錐部６を有し、実施形態１と同様の理由により、化学エッチングにより加工損傷層を除去した後に円錐部６の頂点に平坦な電子放射部を形成するのが好ましい。【００６９】
このとき、陰極１を構成するロッドの表面へのエッチングは、陰極１を構成するロッドをフィラメントに溶接し、超高真空中（３×１０−１０Ｔｏｒｒ（４×１０−８Ｐａ））にいれ、続いて酸素ガスを導入して装置内を３×１０−６Ｔｏｒｒ（４×１０−４Ｐａ）にて温度１８００Ｋ〜２０００Ｋで加熱することで行うことができる。このように単結晶表面をエッチングすることにより、陰極１を構成するロッドの円錐化時に生じた機械加工損傷の除去を行うことができる。【００７０】
ロッドは陰極１として機能し、その表面はＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、またはランタノイド系列から選ばれた金属元素の酸化物と酸素により被覆できる。Ｚｒ−Ｏの系を例にとると、水素化ジルコニウムを粉砕して有機溶剤と混合しペースト状にしたものを陰極の一部に塗布して、１×１０−６Ｔｏｒｒ程度の酸素雰囲気中で陰極を加熱してＺｒＨ２を熱分解し更に酸化してジルコニウムと酸素の拡散源を形成すると共に陰極の表面をジルコニウムと酸素で被覆する。この陰極を引出電極とサプレッサー電極の間に配置して、引出電極に対して陰極に数ｋｖ（キロボルト）の負の高電圧を印加し、サプレッサー電極６には陰極１に対して数百ｋｖの負の電圧を印加すると共に陰極１を１５００〜１９００Ｋに加熱することにより電子放射が行える。【００７１】
＜実施形態２の作用効果＞
以下、本実施形態の電子源の製造方法の作用効果について説明する。
本実施形態によれば、陰極１（ロッド）の一端部に電子放射部を有する電子源の製造方法であって、機械加工法により端部を平坦部７（平坦面）を有する円錐台形状に形成する工程と、気相エッチング法により平坦部７の表層を除去する工程と、を含む、電子源の製造方法が提供される。【００７２】
この方法によれば、短時間で電子放射面を効率よく形成することができる機械加工法により端部を平坦部７を有する円錐台形状に形成した上で、気相エッチング法により平坦部７の表層を除去して損傷層の少ない電子放射面を形成することができる。また、この方法によれば、電解研磨または液相エッチングを行わない（あるいは電解研磨または液相エッチングが機械加工法による平坦部形成の前に行なわれる）ため、電子放射面外周にダレが生じてしまうことを抑制できる。【００７３】
そのため、本実施形態の方法によれば、損傷層が少なく外周のダレも少ない平坦部７（電子放射面）を短時間で効率よく形成することができるため、（１）電子源において短時間で損傷層の少ない平坦部７を効率よく形成することができることにくわえて、（２）電流放射分布の不均一性を改善しつつ、さらに（３）放出電流密度を向上させる、という互いに相反する関係にある３つの技術的要求をバランスよく実現することが可能になる。【００７４】
さらに、本実施形態の方法では、上述の円錐形状に形成する工程と、上述の平坦部７（平坦面）を形成する工程と、の間に、液相エッチング法または電解研磨法により端部表面の加工損傷層を除去する工程をさらに含むことが好ましい。このようにすれば、初期の円錐部機械研磨の研削面が粗すぎたとしても、液相エッチング法または電解研磨法により円錐面加工時の加工損傷層をある程度除去できる。その後、平坦部を形成し、気相エッチングで陰極１の平坦部７の加工損傷層を最終的には削除してしまえる。【００７５】
また、本実施形態の方法では、上述の平坦部７（平坦面）の表層を除去する工程が、酸素圧を０．３×１０−４Ｐａ以上８×１０−４Ｐａ以下とし、温度を１７００Ｋ以上１９５０Ｋ以下とした条件で気相エッチングを行って平坦部７の表層を含む端部表面の加工損傷層を除去する工程であることが好ましい。このようにすれば、気相エッチングによる平坦部７の表層の除去効率がよくなり、平坦度が高く加工損傷の少ない平坦部７をより一層短時間で形成することが可能となる。【００７６】
さらに、本実施形態の方法では、上述の平坦部７（平坦面）の直径が、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。このようにすれば、電子線露光装置やオージェ電子分光装置等に好適な、高い角電流密度動作においても全放射電流量が少ない電子源が得られるためである。【００７７】
なお、本実施形態の方法によれば、平坦部７の直径が１０μｍと小さい場合にも、電子放射面外周にダレが生じることを抑制できるため、電子放射面が曲面状になり放出電流密度が低下することを抑制できる。一方、本実施形態の方法によれば、平坦部７の直径が１００μｍと大きい場合にも、気相エッチングすることにより短時間で損傷層の少ない電子放射面を効率よく形成することができる。【００７８】
ここで、本実施形態の方法では、上述の電子源が、タングステンまたはモリブデンの単結晶ロッド（陰極１）に金属元素の酸化物を拡散させるための供給源を設けてなる電子源であることが好ましい。また、この金属元素が、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、またはランタノイド系列から選ばれた金属元素であることが好ましい。さらに、上述のロッド（陰極１）の方位が＜１００＞であることが好ましい。そして、上述の電子源が、熱陰極電界放出型電子銃のための電子源であることが好ましい。【００７９】
このようにすれば、これらの金属酸化物の被覆層によってタングステン単結晶＜１００＞の仕事関数は、４．５ｅＶから大きく低下させられ、この陰極の先端部に形成された平坦部７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、熱陰極電界放出型電子銃のための電子源として用いた場合に、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利点を有する。また冷電界放射電子銃よりも安定で、低い真空度でも動作し、使い易いという利点を有している。【００８０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。【００８１】
例えば、上記実施形態１では、機械加工法の後に集束イオンビーム加工法を行う方法とし、上記実施形態２では、機械加工法の後に気相エッチング法を行う方法としたが、こららの２つの形態に限定する趣旨ではない。例えば、機械加工法の後に、気相エッチング法を行ってから、さらに集束イオンビーム加工法を行う方法としてもよい。このようにすれば、電子放射面の平坦部７の損傷層をさらに少なくすることができる。【００８２】
なお、上述のように気相エッチング法および集束イオンビーム加工法を両方ともに行う場合には、電解研磨または液相エッチングを行わなくてもよいが、電解研磨または液相エッチングの後に、さらに気相エッチングおよび集束イオンビーム加工法を両方とも行うことにしてもよい。この場合にも、上述の場合と同様に、電子放射面の平坦部７の損傷層をさらに少なくすることができる。
【実施例】
【００８３】
以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００８４】
＜実施例１＞
以下、実施例１について、図１〜図４を参照して説明する。
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した。＜１００＞方位の単結晶タングステンチップの端部にダイヤモンドペーストと研磨盤を用いて全角が９０°の円錐部６を形成し、図４（ａ）の形状に加工する。更に円錐部６の頂点をダイヤモンド研磨剤で被覆した研磨フィルムで研磨して、図４（ｂ）に示すように直径３５μｍの平坦部７を形成した。このロッドをフィラメント３にスポット溶接により取り付けた。このロッドは陰極１として機能する。【００８５】
その後、陰極１の円錐部６が１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液に浸漬するようにして、導電端子４と液中に設置した電極間に６Ｖの電圧を１０秒印加して化学エッチングを行なった。【００８６】
次いで、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陰極１の一部に塗布した。そして、酢酸イソアミルが蒸発した後、超高真空装置に導入した。続いて装置内を３×１０−１０Ｔｏｒｒ（４×１０−８Ｐａ）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を形成した。【００８７】
続いて、集束ガリウムイオンビーム装置に導入し、イオンビームの方向に対して平坦部７が平行になるように位置させ、平坦部７表層に制限して加速電圧３０ｋＶ、ビーム電流５ｎＡのイオンビームを均一に照射することにより、平坦部７を２μｍ程度削り再平坦化した。【００８８】
得られた陰極１の先端はサプレッサー電極８と引き出し電極９との間に配置した。なお、陰極１の先端とサプレッサー電極８の距離は０．１ｍｍ、サプレッサー電極８と引き出し電極９の距離は０．８ｍｍ、引き出し電極９の孔径は０．８ｍｍ、サプレッサー電極８の孔径は０．６ｍｍとした。【００８９】
さらに、フィラメント３はフィラメント加熱電源１４に接続し、さらに高圧電源１６ に接続し、引き出し電極９に対して負の高電圧、即ち引き出し電圧Ｖｅｘを印加した。また、サプレッサー電極８をバイアス電源１５に接続し、陰極１とフィラメント３に対してさらに負の電圧、バイアス電圧Ｖｂを印加した。これによりフィラメント３からの放射熱電子を遮る。陰極１の先端から放射した電子ビーム１７は引き出し電極９の孔を通過して、蛍光板１０に到達する。蛍光板１０の中央にはアパーチャー１１（小孔）が有り、通過してカップ状電極１２に到達したプローブ電流Ｉｐは微小電流計１３により測定される。なおアパーチャー１１と陰極１の先端との距離とアパーチャー１１の内径から算出される立体角をωとすると角電流密度はＩｐ／ωとなる。また、アパーチャー１１とカップ状電極１２は真空系外から動かせられるようになっており、電流放射分布を測定することができる。【００９０】
さらに測定装置内を３×１０−１０Ｔｏｒｒ（４×１０−８Ｐａ）の超高真空中として、単結晶ロッド１を１８００Ｋに維持したまま、サプレッサー電極８に単結晶ロッド１に対してサプレッサー電圧Ｖｂ＝−３００Ｖの電圧を印加した。続いて、単結晶ロッド１にエミッタ電圧Ｖｅｘ＝−４０００Ｖ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、アパーチャー１１を動かしたときのプローブ電流Ｉｐの変化を測定し、電流放射分布を求めた。この電流放射分布の測定結果を図５に示す。【００９１】
＜比較例１＞
実施例１において、化学エッチングおよび集束ガリウムイオンビームによる平坦化を行なわない以外は、実施例と同じ製造方法で作製した電子銃を、実施例と同様の方法で電流放射分布を求めた。この電流放射分布の測定結果を図５に示す。【００９２】
＜実施例１および比較例１の結果の考察＞
図５に実施例１と比較例１の角電流密度に換算した電流放射分布を示すが、比較例では分布がなだらかではなく不均一性が認められるのに対し、実施例ではなだらかで均一な分布が認められ、かつ２ｍＡ／ｓｒ以上の高角電流密度が得られていることが分かる。【００９３】
実施例１では、陰極１の端部に機械研磨によりに円錐部６を設けた後、機械研磨により予め陰極１の頂点に平坦部７を設けている。このとき、機械研磨を用いて陰極１の端部を円錐台状にしているので、加工表面損傷が形成されたが、この加工損傷層は集束ガリウムイオンビームにより短時間で削除されたため容易に除去できた。【００９４】
すなわち、予め機械研磨により平坦部７を設けた後に集束ガリウムイオンビームで加工することで、短時間で損傷層の少ない電子放射面を効率よく形成することができた。しかも、集束ガリウムイオンビームで加工したために、液相エッチングなどで加工表面損傷を除去する場合に生じやすい電子放射面外周でのダレの発生も抑制できた。そのため、実施例１では、均一な放射電流密度を得ることが可能となったのである。【００９５】
別の表現をすれば、（１）電子源において短時間で損傷層の少ない平坦部７を効率よく形成することができることにくわえて、（２）電流放射分布の不均一性を改善しつつ、さらに（３）放出電流密度を向上させる、という互いに相反する関係にある３つの技術的要求をバランスよく実現することが可能になったのである。【００９６】
＜実施例２＞
以下、実施例２について、図１〜図４、図６〜図７を参照して説明する。【００９７】
（ｉ）電子源
本実施例にかかる電子源は、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のロッドが溶接等により固着されたものである。このロッドは、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陰極１である。陰極１を構成するロッドの一部にはジルコニウムと酸素の拡散源２が設けられ、図示は省略したが、陰極１を構成するロッドの表面はＺｒＯ被覆層で覆われている。【００９８】
陰極１を構成するロッドの先端部は、図３に示すように、サプレッサー電極８と引出電極９の間に配置され使用される。ロッドすなわち陰極１には引出電極９に対して負の高電圧が印加され、サプレッサー電極８には単結晶ロッド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。【００９９】
陰極１を構成するロッド先端部は、図２に示すように、タングステン又はモリブデン単結晶＜１００＞方位の単結晶ロッド状陰極１の端部に機械研磨によりに円錐部６を設け、円錐部６の頂点を機械研磨することにより形成された平坦部７を有する。なお、平坦部７は電子放出部でもある。【０１００】
（ｉｉ）電子源の製造方法
電子源の製造方法について、図１を用いて説明する。【０１０１】
図１に示すように、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。【０１０２】
＜１００＞方位のタングステン単結晶を、陰極１を構成するロッドとして、放電加工により２ｍｍ×０．４ｍｍ×０．４ｍｍの直方体形状に切り出した後、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が９０°の円錐部６を形成して図４（ａ）の形状に加工する。電子放出部である平坦部７は、酸化クロム研磨剤を被覆した研磨フィルムにより研磨をすることにより、図４（ｂ）に示すように、円錐部６の頂点の円の直径を４０μｍにしたものである。【０１０３】
この陰極１を構成するロッドをフィラメント３にレーザー溶接により取り付ける（図１参照）。ロッドは陰極１として機能するものである。フィラメント３は、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ものである。【０１０４】
その後、３×１０−６Ｔｏｒｒ（４×１０−８Ｐａ）の酸素雰囲気中でフィラメント３に通電して陰極１を構成するロッドを加熱し、これにより陰極１を構成するロッドの表面のエッチングを行った。【０１０５】
陰極１を構成するロッドの一部に、図１に示す拡散源２を形成した。拡散源２は、水素化ジルコニウム粉末を粉砕して有機溶剤と混合しスラリー状にしたものを陰極１を構成するロッドの一部に塗布した。酢酸イソアミルが蒸発した後、１×１０−６Ｔｏｒｒ程度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ものである。この拡散源２形成と同時に、ジルコニウムと酸素で、陰極１を構成するロッドの表面を被覆した。【０１０６】
（ｉｉｉ）測定
測定にあっては、図３に示した構成の電子放出特性測定装置を用いた。図３に示すように、陰極１を構成するロッドの先端をサプレッサー電極８と引出電極９との間に配置した。陰極１を構成するロッドの先端とサプレッサー電極８の距離は０．１０ｍｍ、サプレッサー電極８と引出電極９の距離は０．８ｍｍ、引出電極９の孔径は０．８ｍｍ、サプレッサー電極８の孔径は０．６ｍｍである。スクリーン電極上には蛍光材を塗布して蛍光板１０と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。【０１０７】
フィラメント３は、図３に示すように、陰極用高圧電源１６に接続され、陰極用高圧電源１６はフィラメント加熱電源１４に接続され、引出電極９に対して負の高電圧（エミッタ電圧Ｖｅｘ）が印加される。サプレッサー電極８はサプレッサー電源として働くバイアス電源１５に接続され、ロッド１に対して更に負の電圧、サプレッサー電圧Ｖｂ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った。【０１０８】
フィラメント３に行われた通電によって、陰極１を構成するロッドは１５００〜１９００Ｋに昇温し、これにより、陰極１たるロッドの先端部の電子放出部から放出電子線１７を放出させる。放出電子線１７は、引出電極９の孔を通過して、中央にはアパーチャー１１（小孔）を有するスクリーン電極からなる蛍光板１０に到達する。【０１０９】
測定にあっては、測定装置内を３×１０−１０Ｔｏｒｒ（４×１０−８Ｐａ）の超高真空中にし、ロッド１を１８００Ｋに維持したまま、サプレッサー電極８に、陰極１を構成するロッドに対するサプレッサー電圧Ｖｂ＝−３００Ｖとなるように電圧を印加し、続いて陰極１を構成するロッドにエミッタ電圧Ｖｅｘ＝−４０００Ｖとなるように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行った。【０１１０】
（ｉｖ）電子源の全放出電流Ｉｔの測定
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（不図示）により測定した。【０１１１】
（ｖ）プローブ電流Ｉｐ（角電流密度）のエミッタ電圧Ｖｅｘ依存性の測定
アパーチャー１１を通過してカップ状電極１２に到達したプローブ電流Ｉｐは、プローブ電流測定用微小電流計１３により測定した。【０１１２】
（ｖｉ）電子源の放射電流分布の測定）
アパーチャー１１および陰極１を構成するロッドの先端の距離と、アパーチャー１１の内径とから算出される立体角をωとすると角電流密度は、Ｉｐ／ωとなる。アパーチャー１１とカップ状電極１２は真空系外から動かすことができ、放射電流分布を測定することができる。【０１１３】
図６に、Ｘ軸に放射角度、Ｙ軸にＶｅｘ＝−４０００Ｖ時の角電流密度Ｉｐ’をとった電流放射分布を示した。図６は、実施例２で示した電子源に備わる図４（ｂ）で示した形状からなる陰極１を構成するロッドでの角電流密度に換算した放射電流分布である。【０１１４】
＜比較例２＞
比較例として、電解研磨により加工損傷層を除去した電子源を作製した。＜１００＞方位の同様に２ｍｍ×０．４ｍｍ×０．４ｍｍの直方体形状に切り出して機械研磨により図４（ａ）の形状に加工し、頂点には電子放出部７を設けた（図４（ｂ））。円錐部６の頂角全角は９０°であり、電子放出部９の直径は４０μｍである。【０１１５】
機械研磨後に、電解研磨によって加工損傷層を除去した。電解研磨の条件としては、陰極１の円錐部６が１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液に浸漬するようにして、導電端子４と液中に設置した電極間に６Ｖの電圧を１０秒印加して化学エッチングを行なった。【０１１６】
図７に、Ｘ軸に放射角度、Ｙ軸にＶｅｘ＝−４０００Ｖ時の角電流密度Ｉｐ’をとった電流放射分布を示した。図７は、比較例２で示した電子源に備わる図４（ｂ）で示した形状からなる陰極１を構成するロッドでの角電流密度に換算した放射電流分布である。【０１１７】
＜実施例２および比較例２の結果の考察＞
実施例２にかかる電子源と比較例２の電子源は、図６、７に示すように、ともに均一な放射電流分布を有していた。しかしながら、比較例２の図７では、角電流密度が低かった。この理由は、電解研磨により電子放射面外周にダレが生じてしまうため、電子放射面である円錐台上面の径が小さい場合には、電子放射面が曲面状になり放出電流密度が低下するためであると考えられる。【０１１８】
すなわち、実施例２にかかる電子源の製造方法では、機械研磨の後に、気相エッチングを行っているために、損傷層が少なく外周のダレも少ない平坦部７（電子放射面）を短時間で効率よく形成することが出来た結果、なだらかで均一な分布が認められ、かつ２ｍＡ／ｓｒ以上の高角電流密度が得られていることが分かる。別の表現をすれば、（１）電子源において短時間で損傷層の少ない平坦部７を効率よく形成することができることにくわえて、（２）電流放射分布の不均一性を改善しつつ、さらに（３）放出電流密度を向上させる、という互いに相反する関係にある３つの技術的要求をバランスよく実現することが可能になったのである。【０１１９】
以上、本発明を実施例に基づいて説明した。この実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。【０１２０】
例えば、上記実施例１では、機械加工法の後に集束イオンビーム加工法を行う方法とし、上記実施例２では、機械加工法の後に気相エッチング法を行う方法としたが、こららの２つの形態に限定する趣旨ではない。例えば、機械加工法の後に、気相エッチング法を行ってから、さらに集束イオンビーム加工法を行う方法としてもよい。このようにすれば、電子放射面の平坦部７の損傷層をさらに少なくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明の電子源の製造方法により作製した電子源を備える電子銃は、電流放射分布が均一であり、大電流で動作して信頼性の高い電子銃であるので、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銃に用いて好適であり、産業上非常に有用である。
【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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【国際調査報告】
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