(57)【要約】      （修正有）【課題】  エネルギー拡散を低減した電子源及び電子顕微鏡又は電子ビームリソグラフィ装置を提供する。【解決手段】  本発明は、荷電粒子を使用するために適切である電子源であって、その電子源において電子ビームが、電位、熱励起及び光励起の少なくとも１つの影響下にある電極から引き出されることができ、少なくとも電極の一部は離散的エネルギーレベルに量子化された伝導帯を有する半導体材料から構成される、電子源を提供する。そのような電子源は、比較的小さいエネルギー拡散であって、典型的には、冷電界放出銃（ＣＦＥＧ）のエネルギー拡散に比べて非常に小さいエネルギー拡散を享受している。前記半導体材料は、例えば、半導体なのウェーブから構成されることが可能である。そのようなナノワイヤのための適切な半導体材料の例にはＩｎＡｓ及びＧａＩｎＡｓがある。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子装置において用いるために適切である電子源であって、該電子源において電子ビームは、電位、熱励起及び光励起の少なくとも１つの影響下にある電極から引き出されることができ、少なくとも該電極の一部は、離散的エネルギーレベルに量子化された伝導帯を有する半導体材料から構成されることを特徴とする電子源。
【請求項２】
請求項１に記載の電子源であって、前記エネルギーレベルは、少なくともｋＴの間隔だけ互いに離れていて、ここで、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは前記材料の絶対温度である、ことを特徴とする電子源。
【請求項３】
荷電粒子装置において用いるために適切である電子源であって、該電子源において電子ビームは、電位、熱励起及び光励起の少なくとも１つの影響下にある電極から引き出されることができ、前記電極は半導体材料から構成され且つマクロ支持部に取り付けられている少なくとも１つのナノワイヤから構成されることを特徴とする電子源。
【請求項４】
請求項３に記載の電子源であって、前記ナノワイヤは前記マクロ支持部とオーミック接触を形成している、ことを特徴とする電子源。
【請求項５】
荷電粒子装置において用いるために適切である電子源であって、該電子源において電子ビームは、電位、熱励起及び光励起の少なくとも１つの影響下にある電極から引き出されることができ、前記電子源は、エネルギー拡散が温度３００Ｋにおいて大きくても０．２ｅＶである電子ビームを放出することができる半導体材料から構成されることを特徴とする電子源。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れ一項に記載の電子源であって、前記半導体材料はＩｎＡｓ及びＧａＩｎＡｓを含む群から選択される物質から構成される、ことを特徴とする電子源。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れ一項に記載の電子源であって、前記半導体はＮドープされている、ことを特徴とする電子源。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れ一項に記載の電子源であって、前記電極はテーパーが付けられた先端を有する部分から構成され、前記半導体材料は前記先端に備えられている、ことを特徴とする電子源。
【請求項９】
電子源と、対象物のためのホルダと、該対象物に該電子源から電子ビームを方向付けるための手段とから構成される粒子光学装置であって、前記電子源は請求項１乃至８の何れ一項に記載の電子源であることを特徴とする粒子光学装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の粒子光学装置であって、前記電子ビームに加えて、少なくとも１つの他の荷電粒子ビームを生成するための手段から構成される、ことを特徴とする粒子光学装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の粒子光学装置であって、該粒子光学装置は走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、透過走査電子顕微鏡、走査透過電子顕微鏡及び電子ビームリソグラフィ装置を含む群から選択される、ことを特徴とする粒子光学装置。
【請求項１２】
装置（９８）を製造する方法であって：
電子照射により変えることができる溶解度を有するレジスト層（１０２）をコーティングされた基板（９９）を準備する段階；
電子源からの電子により前記レジスト層（１０２）を照射する段階；
前記の照射する段階の後に前記レジスト層を現像し、それにより基板（９９）の一部（１０３）を露出する一方、前記基板（９９）の残りの部分は前記レジスト層の残りの部分（１０２´）により覆われたままにする段階であって、前記基板（９９）の露出された一部（１０３）に材料除去処理を行うようにする一方、前記レジスト層の残りの部分（１０２´）はマスクとしての機能を果たす、段階；
を有する方法であり、
前記電子源は請求項１乃至８のいずれ一項に記載の種類の電子源である；
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子装置で使用するために適切な電子源に関する。その電子源において、電子ビームは、電位、熱膨張率及び光励起の少なくとも１つの影響下にある電極から引き出すことができる。
【０００２】
本発明は又、電子源、対象物のためのホルダ及び対象物に電子源から電子ビームを方向付けるための手段に関する。
【背景技術】
【０００３】
電子源は、従来、電子顕微鏡、電子ビームリソグラフィ装置（直接描画型又は投影型）、（医療）診断装置、電子アシスト堆積装置等の種々の種類の荷電粒子装置に採用されている。関与する装置に依存して、電子源は、一般に、例えば、磁界強度、放出安定性、ビーム方向性、電子エネルギー及びエネルギー拡散（色度（ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ））等の特定の所望の仕様に適合する必要がある。色度に関連して、特に、電子顕微鏡の場合、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）及び透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の両方におけるエネルギー分解スペクトロスコピーのエネルギー分解能及び空間分解能は、採用される電子源のエネルギー拡散により制限される。同様に、電子ビームリソグラフィのツールにおいて、過度な色度は、半導体基板上に満足のいくように画像化／書き込みされる最小線幅を実質的に制限する。
【０００４】
ショットキーエミッタを用いる従来の放出源（例えば、熱アシスト電界放出源）の場合、エネルギー拡散δＥは、典型的には、０．８ｅＶである。他方、冷電界放出銃（ＣＦＥＧ）のエネルギー拡散は、一般に、小さく（典型的には、約０．３ｅＶ）であるが、ＣＦＥＧは、一般に、満足できない放出安定性を有する。その放出安定性は、多くのアプリケーションに対してそれらが適切でない電子源である傾向にある。例えば、電子顕微鏡において、実際に使用されることができる小さいエネルギー拡散を有する電子源は、現在、存在していない。電子源におけるエネルギー拡散の影響を緩和するために、エネルギーフィルタ（モノクロメータ）又は色収差補正器の使用を検討することが可能である。それら自体、既に周知である（エネルギーフィルタは利用可能なエネルギースペクトル扇形状に広がり、それ故、その一部のみがセレクタを通過する。色収差補正器は、例えば、色消しと同等の荷電粒子で用いる負電力レンズ要素を形成するために８極レンズ及び／又は６極レンズを用いる）。しかしながら、そのようなオプションは、典型的には、かなり複雑な且つ高価な装置を用いることに関連し、それ故、比較的、興味を引かない。更に、エネルギーフィルタは、利用可能な電子束を比較的に無駄にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記の問題を緩和することである。より詳細には、本発明の目的は、エネルギー拡散を低減した新規な電子源を提供することである。特に、本発明の目的は、例えば、そのような電子源が、電子顕微鏡又は電子ビームリソグラフィ装置における使用のために適切であることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の及び他の目的は、少なくとも電極の一部が離散的エネルギーレベルに量子化されている伝導帯を有する半導体材料を有することを特徴とする、本発明に従った電子源により達成される。
【０００７】
本発明の基礎を成す基本的方法は、伝導帯の電子に対する量子化エネルギーレベルの集合を有する半導体材料を電極に組み込んでいる。有利であることに、それらのエネルギーレベルは小さい幅（例えば、数十ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）のオーダーの半値全幅（ＦＷＨＭ））を有し、少なくともｋＴの間隔だけ互いに離れており、ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは前記材料の絶対温度である（そのような分離は絶対温度における２つ以上のエネルギーレベルの集団を抑止するために支援し、それ故、散乱及び干渉の影響を抑止するために支援する）。少なくとも幾つかのそれらの電子源が集団化され、（例えば）比較的強い電界が適用されるとき、電子放出（真空への）が起こり、エネルギー拡散が従来のＣＦＥＧのエネルギー拡散より小さい電子ビームを得ることができる。
【０００８】
本発明者は、適切な半導体材料から構成される、所謂、ナノワイヤにおける特定の特性の下でそのようなシナリオが実現することを発見した。ナノワイヤは、一般に、限定された数（例えば、１０１２個のオーダー）の原子から構成される結晶性材料の小片である。その小片の直径は、典型的には、１０乃至１００ｎｍであり、その製造に用いられる触媒（例えば、金）の寸法に依存する。他方、その長さは、典型的には、その製造における成長時間の関数として、設定されることができ、数μｍ乃至数百μｍである（しかし、実際のナノワイヤは、一般に、１０乃至１５μｍのオーダーの長さを有する）。ナノワイヤは、それ故、本質的に一次元結晶とみなされ、その結果、ナノワイヤは、本発明に関連するサイズ依存性量子化効果を示す。ナノワイヤの成長及びその後の研究については、例えば、文献、Ｄｕａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  Ｖｏｌ．４０９（Ｊａｎ．２００１），ｐｐ６６−６９（電子放出源に関連していない）に記載されている。用語、ナノワイヤは、中空の細長い構造をいい、異なる物理的特性を示す、用語、ナノチューブであって、カーボンナノチューブについては、例えば、文献、Ｙｅｎｉｌｍｅｚ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．８０，Ｎｏ．１２，ｐｐ２２２５−２２２７に記載されている、ナノチューブと混乱しないようにする必要があることに留意されたい。
【０００９】
上記の量子化効果は、それ故、連続状態から離散的エネルギーレベルへの状態密度の変化をもたらす。本発明者は、半導体ナノワイヤにおいて、それらのレベル間のエネルギー差は、特に、そのナノワイヤにおける有効な電子質量ｍ＊とナノワイヤの半径に依存する。実際には（製造、操作及び後の電子顕微鏡の電極へのナノワイヤの取り付けの容易さのために）、一般に、比較的大きい半径が好適であり、比較的小さい有効な電子質量ｍ＊が必要とされる。
【００１０】
本発明者は、本発明で用いる特に適切な半導体材料を決定するために種々の研究を実行した。更に詳細には、ナノワイヤの半径方向におけるエネルギーレベルの量子化は、無限の閉じ込めポテンシャルを仮定する、無限長及び半径Ｒを有する円筒に対するシュレジンガーの方程式を解くことにより演算された。エネルギーレベルの値は、プランクの定数
[外１]
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、材料の有効電子質量ｍ＊及びｍ次、ｎ次のベッセル関数Ｊｍ，ｎの解により決定される、次式のような閉じ込め面εｍ，ｎにおけるエネルギーに対する固有値であり、
【００１１】
【数１】
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解Ｊｍ，ｎは次の表により与えられる。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
実施例として、有効電子質量比５０及び半径２０に対して、そのモデルは、第１レベルに対して２８ｍｅＶと第２レベル（図３参照）に対して７０ｍｅＶのエネルギーを与える（有効質量比は対象の材料における電子の有効質量ｍ＊に対する自由電子の質量ｍｅの比である）。このモデルの有効性は、更に、ポテンシャル障壁の有限の性質を考慮した数値演算を実行することにより確認される。
【００１４】
本発明の好適な実施形態においては、上記の半導体材料は、ＩｎＧａ及びＧａＩｎＡｓから構成される群から選択された物質から構成される。ＩｎＡｓの場合、本発明者は、第１量子化レベルと第２量子化レベルとの間に比較的大きいエネルギー差ΔＥを観測した。更に、ＩｎＡｓは、例えば、比較的大きい電子移動度及び小さい固有抵抗率のような他の有利な電気的特性を有する。更に、ＩｎＡｓは、例えば、タングステン電極とオーミック接触を成し、比較的小さいバンドギャップ（約０．３５ｅＶ）を有し、それ故、その材料が接触するとき、電子は既に伝導帯にある。それらの有利な特性を、ＩｎＡｓに（少量の）Ｇａを混合することにより更に適合させることができる。ＩｎＡｓ中の約１乃至４原子％の存在により又、ナノワイヤの成長を容易にすることができる。
【００１５】
上記の半導体材料を又、例えば、ＧａＡｓ、ＣｄＳｅ、ＧａＮ、ＧａＰ及びＩｎＰ等の他の基板から構成することができる。例えば、種々の他のＩＩＩ−Ｖ族及び／又はＩＩ−ＶＩ族半導体物質が又適切である。選択された物質のナノワイヤにおけるΔＥの比較的小さい値の影響は、必要に応じて、ナノワイヤの半径Ｒを減少させることにより緩和されることができる。使用される材料においては、少量のＮドープは、例えば、熱励起（例えば、電子フィラメントによる加熱）又は光励起（例えば、レーザ照射）によりアクティブにされることができる効果であって、伝導帯における一部の低エネルギーレベルの集団をもたらし、所謂、バンドベンディングをもたらす侵入長を減少させる有利な効果を有する。しかしながら、多過ぎるドープは、より高いエネルギーバンドが集団化されることにより、得られるエネルギー拡散δＥにおける好ましくない増加をもたらし得る。
【００１６】
本発明者は、テーパーを付けられた先端（電子顕微鏡、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）、ＳＴＭ（走査トンネル顕微鏡）等において、従来、使用されているフィラメントチップ等）を有する電極（例えば、タングステン又は金等のＳｉドープされた金属から構成される）上に適切な材料及び寸法（例えば、１０乃至１５μｍの長さと２０乃至２５ｎｍの半径Ｒとを有するＩｎＡｓ又はＧａＩｎＡｓの）の個別の半導体ナノワイヤを提供し、それ故、ポイント電子源を製造することが又、可能である。又、フィラメントチップの代替として、又、例えば、電極のナイフのような端部にナノワイヤを設けることが可能である。そのような電子源がそれらの放出特性に関して検査されるとき、それらの電子源は非常に小さいエネルギー拡散δＥ（下記の比較例において詳細に説明する）を有することが分かった。更に、それらの電子源はオン時の低い電圧（使用されるナノワイヤの高アスペクト比に見合った）において電子を放出したことを観測した。ナノワイヤの表面が使用に先立って清浄化される（例えば、真空中加熱による）場合、時間に対して安定であるように観測された（例えば、図６参照）。更なる有利点は、放出される電子が、比較的狭い、円形ビームに閉じ込められ（図６における挿入図）、そのことは、例えば、電子顕微鏡におけるアプリケーションの場合に興味を引く特性である。テーパーが付けられた先端を有する電極上に半導体ナノワイヤを設けることの代替として又、実質的に平坦な電極表面上にそれを設けることを検討することが可能である。低電界は、一般に、例えば、適切な光励起及び／又は熱励起（電極の加熱）により補償することが可能である。
【００１７】
上記の結果は個別の半導体ナノワイヤの場合に得られたが、一のナノワイヤが他のナノワイヤより外側に突き出している半導体ナノワイヤの束の場合に、又は、比較的多数のナノワイヤが電極と並んで配置されている（それ故、一つのナノワイヤより非常に大きい電流／強度を与えることができる）場合に、同様の結果を得ることが可能である。
【００１８】
本発明において用いるための半導体ナノワイヤを、上記のような電極に対して提供することができる種々の方式が存在している。個別に成長したナノワイヤは、例えば、電子（又は、光学）顕微鏡及びマイクロマニピュレータの支援により所定の位置にそれを操作することのより、電極に取り付けることができる。そのような場合における電極へのナノワイヤの取り付けは、それ故、ファンデルワールス力により、又は、カーボンデープ等の導電性接着剤に支援により行うことができる。代替として、ナノワイヤは、対象の電極においてその場で成長させることができ、その場合、使用される触媒を、予め、電極上に存在させる必要がある。他の代替方法は、ナノワイヤが吊り下げられている液体中に電極を浸すことであり、この場合、（疎水性）ナノワイヤは、電極表面にそれら自体を（又は、ファンデルワールス力により）容易に取り付けることができる。ナノワイヤが長手方向の軸Ｚｔｉｐを有するチップ上に設けられるとき、前者は、好適には、それ自体の長手方向の軸Ｚｔｉｐは、実質的に、Ｚｔｉｐに対して平行である。繰り返すことにより、本発明者は、そのような平行化が約５乃至１０°以内に常に入ることが達成された。上記のような技術については、種々の技術文献において説明されており、当業者には周知である。
【００１９】
本発明の及び付随する有利点について、以下、例示としての実施例、実施形態及び添付の図面に基づいて列挙する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
０Ｋの温度における金属は、フェルミレベルＥｆの範囲まで満たされた連続した電子エネルギーレベルを有する。フェルミレベルと真空中の電子との間のエネルギー差は、所謂、その材料の仕事関数φである。電界Ｆがその金属の表面に加えられているとき、電子は真空中への放出に関して特定の幅の障壁を有する。強い電界Ｆ（例えば、３乃至７ｘ１０９Ｖ／ｍ）に対しては、この幅は、その障壁により電子がトンネリングするように十分小さくなる。この状態については、金属（Ｍ）／真空（Ｖ）界面を通る位置ｘの関数としてポテンシャルエネルギーＵｐｏｔのグラフである図１に示している。図１において、ＢＰは障壁ポテンシャルを表し、ＥＰは電界Ｆの存在下での有効ポテンシャルを表し、ＥＢは障壁に対する放出を表し、ＴＢは障壁におけるトンネリングを表している。
【００２１】
必要なＦの値は、プレーナ電極間で一般に得られる値より非常に大きい（その場合、アークを回避するために、約５ｘ１０７Ｖ／ｍの限界が実際に存在する）。その結果、エッジ又は鋭いチップのようなテーパーが付けられた先端を有する電極が使用される。そのような電極の場合、電界の改善がなされ、Ｆを、関係式Ｆ＝Ｖ／（５ｒ）により近似することができ、ここで、Ｖは引き出し電圧であり、ｒは前記先端の曲率半径である。従って、例えば、ｒ＝５０ｎｍを有するエミッタチップは、放出を実行するために約１．３ｋＶの引き出し電圧を必要とする。
【００２２】
放出される電子の理論的エネルギー分布を図２に示す。図２において、水平軸はフェルミレベルＥｆに対するエネルギー不足／過剰Ｅ（ｅＶ）を表す。放出される電子の殆どはエネルギーＥｆ（即ち、Ｅ＝０）を有する。トンネリング確率は、エネルギーの減少につれて指数関数的に減少し、放出電流密度Ｊ（任意単位（ａ．ｕ．）でプロットされている）はＥの指数関数であり、それ故、エネルギースペクトル（実線）の指数形状で示される。より高い温度Ｔにおいては、Ｅｆ以上のエネルギーレベルが又、満たされる。そのような場合に（特に、Ｔ＝３００Ｋに対して）結果として得られるエネルギースペクトルを又、図２に示している（点線）。
【００２３】
半値全幅（ＦＷＨＭ）により量子化される、示しているスペクトルにおけるエネルギー拡散は、Ｔ＝３００Ｋにおいて０，２２ｅＶのオーダーである。実際の金属の場合、この値は、例えば、クーロン相互作用の結果として増加し、約０．３ｅＶの値が得られる。
【００２４】
実施形態１
本発明者は、ウェル電位に対して無限の近似の状態である半導体ナノワイヤについてシュレジンガーの式を定式化し、解いた。半径２０ｎｍと有効質量比５０を有するナノワイヤに対する状態密度（ＤＯＳ）の例について図３に示すが、その図において、エネルギーＥ（ｅＶ）が水平軸に沿ってプロットされている。ＤＯＳの量子化について、はっきりと分かる。
【００２５】
実施形態２
半径２５ｎｍを有し、異なる材料数Ｍから構成されている半導体ナノワイヤに対する第１量子化電子レベルと第２量子化電子レベルとの間のエネルギー差ΔＥ（ｅＶ）について、図４に示している。検査される材料間のそのような差の最大値がＩｎＡｓに対して得られるが、実質的なΔＥの値を又、表す、種々の他の材料が存在する。
【００２６】
実施形態３
本発明者は、ＩｎＡｓナノワイヤから電子のトンネリングの挙動をモデル化し、ＩｎＡｓにおける離散的電子レベルがどのように充填されるかを演算し、放出される電子のエネルギーの関数としてトンネル電流を決定した。この研究の結果について、図５及び表２に示しており、それらの結果は、ある状態に関連し、それにより、１つのレベルのみが集団化されることを前提としている。
【００２７】
図５は、適用される電界Ｆ＝５．５Ｖ／ｎｍにおいて、ＩｎＡｓナノワイヤに対する異なる温度におけるエネルギースペクトルを示している。垂直軸は、任意単位（ａ．ｕ．）で目盛が付けられており、水平軸は、ナノワイヤの長手方向（放出）軸に沿って測定される電子エネルギー（Ｅｚ（ｅＶ））を表している。ナノワイヤの半径はＲ＝３５ｎｍであり、フェルミエネルギーはＥｆ＝２０ｍｅＶである。全てのスペクトルにおいて、ＦＷＨＭは０．３ｅＶ（ＣＦＥＧ共に典型的に得られる値）より（非常に）小さいことに留意されたい。
【００２８】
表２は、異なる温度Ｔにおいて及び加えられる電界（Ｖ／ｎｍ）の２つの異なる値に対してＦＷＨＭ（ｍｅＶ）の値を与える。全てのＦＷＨＭ値は０．３ｅＶ（ＣＦＥＧ共に典型的に得られる値）より（非常に）小さいことに留意されたい。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
実施形態４
図６は、本発明に従った電子源の特定の実施形態による放出挙動を示しており、経過時間ｔ（分）の関数としての放出電流Ｊ（ｎＡ）をプロットしたものである。図の左側部分（約５５分の時間経過まで）は、用いられているナノワイヤの表面における吸着分子層の存在（分子が本発明において利用するトンネル効果を乱す）によりもたらされる、非常に一定しない放出挙動を示している。真空中で加熱することによるナノワイヤの処理はそれらの分子の除去をもたらし、その後、より一定の放出挙動が観測される（図６の中央及び右側部分）。この加熱挙動の効果は、関連する持続時間及び温度の両方により影響される。その図の左側部分における値は、本発明者が観測を実行した種々の温度を示している。約１４５分及び１８０分において見られる段差は、使用した電極に対して電位を供給する電圧電源における変動によりもたらされたものであることに留意されたい。
【００３１】
図６における挿入図は、使用したナノワイヤの長手方向の軸に沿って観測される放出パターンを示している。左側の挿入図は、清浄化前の状態に対応し、一定しない様式で時間と共に位置を移動する幾つかの“ホットスポット”を示している。右側の挿入図は、一つの安定な電子源と共に、清浄後の状態を示している。
【００３２】
実施形態５
本発明者は、例えば、次の技術を用いて、本発明に従った電子源を用いるために適切である半導体ナノワイヤを提供することができる。
【００３３】
ナノワイヤのための候補材料（例えば、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ又はＩｎＰ等）から構成されるターゲットを備えている。このターゲットは、必要に応じてドープされる。
【００３４】
基板が又、必要なナノワイヤを成長させるために備えられ、その基板は、例えば、金属（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｗ等）又は半導体基板（例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ等）から構成される。金属の場合、例えば、０．２乃至１０ｎｍの厚さを有する金属膜が非金属基板上に備えられる。
【００３５】
ターゲットが、１９３ｎｍの波長、１乃至１０Ｈｚのパルス周波数及びパルス当り３０乃至２００ｍＪのパルスエネルギーを有するエキシマレーザのようなレーザで照射される。典型的な成長セッションは、例えば、２０００乃至２００００パルスの使用を含む。
【００３６】
成長は、先ず、約１０−７ｍｂａｒの圧力まで真空にされた真空チャンバにおいてなされ、次いで、雰囲気ガスとして約１００乃至２００ｍｂａｒのＡｒ（必要に応じて、酸化を緩和するためにＨ２を含む）が供給される。雰囲気ガスは、１００乃至３００ｓｃｃｍ／ｓｅｃでチャンバに流すようにしてもたらされる。チャンバ温度は６００乃至９００℃に維持され、基板温度は４００乃至８００℃の範囲内の温度に保たれる。
【００３７】
実施形態６
図７は、本発明の特定の実施形態に従った電子源の一部のＳＥＭ写真である。その写真は、実質的に円錐状であって、点状のタングステンチップ電極（右側）を示しており、その先端に、ＮドープされたＩｎＡｓナノワイヤがオーミックに取り付けられている（中央）。図示されているナノワイヤの半径は３０ｎｍのオーダーであり、その長さは２μｍのオーダーである（その一部のみがチップ電極から突き出している）。約１．５ｋＶの電位がタングステン電極に印加される（温度３００Ｋにおいて）とき、低エネルギー拡散δＥを有する電子放出がナノワイヤの突き出ている先端から起こる（即ち、タングステンチップから離れる）。
【００３８】
実施形態７
図８は、電子顕微鏡の構成における粒子−光学装置を示している。その装置は、電子源１、ビームアライメントシステム３及びビームダイヤフラム４、コンデンサレンズ６、対物トレンズ８、ビーム走査システム１０、試料ホルダ１３を有する対物空間１１、偏向レンズ１２、中間レンズ１４、投影レンズ１６並びに電子検出器１８を有する。対物レンズ８、中間レンズ１４及び投影レンズ１６は共に、画像化レンズシステムを構成する。それらの要素は、電子源、観察ウィンドウ７及び真空ポンプ装置１７のための電源配線２を備えているハウジング内に収容されている。対物レンズ８のための励磁コイルは、画像化レンズシステムの励磁を制御するために備えられている制御ユニット１５に接続されている。電子顕微鏡は又、電子検出器１８、画像処理ユニット５及び形成される画像を観測するための映像ディスプレイ９を有する記録ユニットを有する。
【００３９】
図８に示す特定の装置はＴＥＭである。ＴＥＭのための代表的な加速電圧は３００ｋＶであり、ＳＥＭのための代表的な加速電圧は３０ｋＶである。ＴＥＭに対するこのようなより大きい加速電圧は、電子ビームにおける電子が調べられる対象物を透過するように少なくとも一部が照射されることを確実にするために必要である。このために、ＴＥＭを用いて調べられる対象物は特定の最大の厚さであって、通常は約１００ｎｍである厚さを有することが又、必要である。ＳＥＭ又はＴＥＭに代わるハイブリッドはＴＳＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）であり、そのＴＳＥＭにおいて、ＳＥＭ環境下（比較的低い加速電圧により特徴付けられる）では、電子検出プレートは試料ホルダ１３上のサンプルの下に備えられ、そのプレートはサンプルの画像が得られるようにする。このシナリオにおける使用は、サンプルを透過する照射中に電子により受ける偏向の度合いが、照射中に電子が通過する要素の質量に依存するという事実に基づいている。そのように考案されたコントラスト機構により、サンプルの画像が生成される。
【００４０】
図８における装置は、例えば、実施形態６に関連して上で説明したように、本発明に従った電子源１を使用している。
【００４１】
図９は、電子ビームにより照射された半導体ウェーハを示している。装置９８を製造するための方法において、本発明に従った１つ又はそれ以上の電子源が電子ビームリソグラフィ装置において使用される。装置は、集積回路又は液晶表示装置のような電子装置である。
【００４２】
その方法の実施形態において、例えば、単結晶のシリコンウェーハ、絶縁体上のシリコン又はＧａＡｓウェーハの様な半導体ウェーハ１００等の基板９９が与えられる。基板９９は、予め製造された集積回路であることが可能であり、例えば、二酸化珪素のような絶縁体又は、例えば、銅のような電気導体等の他の材料のパターニングされた及び／又はパターニングされていない層１０１から構成されることが可能である。基板９９は、電子照射により変更できる溶解度を有するレジスト層１０２を有する。電子ビームリソグラフィのために用いられる何れのレジスト層を用いることが可能である。レジスト層１０２は、本発明に従った電子源から引き出された電子１０４により照射される。同時に操作される本発明に従った幾つかの電子源を有することが可能である電子ビームリソグラフィ装置を用いて、レジスト層１０２の溶解度が局所的に変化される。続いて、このようにして得られたレジスト層は現像され、それにより基板９９の一部１０３を露出する一方、基板９９の残りの部分はレジスト層１０２の残りの部分１０２´により覆われたままの状態である。このようにして得られたパターニングされたレジスト層１０２´は、湿式又は乾式エッチング処理のような材料除去処理におけるマスクとして使用され、即ち、マスク１０２´により露出された基板９９の材料は除去される。このようにして、基板９９はパターニングされる。基板が２つ又はそれ以上の層から構成される場合、上部層１０１のみ、即ち、レジスト層に近い層がこのようにパターニングされることが可能であり、結果として、パターニングされた層１０１´が得られる。このために、選択エッチング方法を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】金属と周囲の真空環境との間の界面を通る位置ｘの関数としてのポテンシャルエネルギーＵｐｏｔを示す従来技術のシナリオを示す図である。
【図２】異なる２つの温度において、図１が関係する金属から真空中に放出される電子についてのエネルギーに対する理論電流密度を示すグラフである。
【図３】本発明に従った電子源の実施例において用いるに適切である半導体ナノワイヤの場合にエネルギーの関数として演算された状態密度を示す図である。
【図４】異なる半導体材料から構成されるナノワイヤにおける第１量子化電子レベルと第２量子化電子レベルとの間のエネルギー差を示すグラフである。
【図５】本発明に従った電子源の実施形態において使用するに適切であるＩｎＡｓナノワイヤについての異なる温度Ｔにおけるエネルギースペクトルである。
【図６】本発明に従った電子源の特定の実施形態からの放出挙動を示す図である。
【図７】本発明の特定の実施形態に従った電子源の一部の写真を示す図である。
【図８】本発明に従った電子源の粒子光学装置の正面図である。
【図９】電子ビームにより照射された半導体ウェーハを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１        電子源
２        電源配線
３        ビームアライメントシステム
４        ビームダイヤフラム
５        画像処理ユニット
６        コンデンサレンズ
７        観察ウィンドウ
８        対物レンズ
９        映像ディスプレイ
１０      ビーム走査システム
１１      対物空間
１２      偏向レンズ
１３      試料ホルダ
１４      中間レンズ
１５      制御ユニット
１６      投影レンズ
１７      真空ポンプ装置
１８      電子検出器
９８      装置
９９      基板
１００    半導体ウェーハ
１０１    パターニングされていない層
１０１´  パターニングされた層
１０２    レジスト層
１０２´  レジスト層の残りの部分
１０３    基板の一部
１０４    引き出された電子
【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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