(57)【要約】      （修正有）【課題】高輝度かつ狭エネルギー幅の電子ビームが得られる電界放出型電子銃と、電界放出型電子銃を搭載した電子ビーム応用装置を提供する。【解決手段】繊維状炭素物質とそれを支持する導電性基材から構成される電界放出型陰極と、電子を電界放出させる引出装置と、電子を加速させる加速装置を有する電界放出型電子銃において、繊維状炭素物質に原子価が３価および５価の元素のうち少なくとも１種が含有されている。特に、３価および５価の元素はそれぞれホウ素および窒素である。さらに、繊維状炭素物質へのホウ素および窒素のうち少なくとも１種の含有量が、炭素に対する原子重量比として０.１ 〜５％であり、該繊維状炭素物質の直径は、２０〜200ｎｍである。さらに、この電界放出型電子銃を各種電子ビーム応用装置に適用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状炭素物質と当該繊維状炭素物質を支持する導電性基材とから構成される電界放出型陰極と、当該電界放出型陰極から電子を電界放出させる引出装置と、当該電界放出された電子を加速させる加速装置を有する電界放出型電子銃であって、該繊維状炭素物質は原子価が３価および５価の元素のうち少なくとも１種を含有することを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項２】
請求項１において、該繊維状炭素物質の表面部と内部とで、含有される原子価が３価および５価の元素の含有量が異なることを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項３】
請求項２において、該繊維状炭素物質の表層部に含有される原子価が３価および５価の元素の含有量が、中心部に含有される該元素よりも多いことを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、該繊維状炭素物質に含有された元素はホウ素もしくは窒素のいずれか、または両方であることを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、該繊維状炭素物質に含有された元素の含有量は少なくとも炭素に対する原子重量比で０.１ 〜５％であることを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項６】
請求項１ないし4のいずれかにおいて、該繊維状炭素物質の直径は２０〜２００ｎｍであることを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項７】
繊維状炭素物質とそれを支持する導電性基材から構成される電界放出型陰極と、電子を電界放出させる引出装置と、電子を加速させる加速装置を有する電界放出型電子銃において、該単一の繊維状炭素物質からのエミッション電流が１０ｎＡの場合の電界放出電子のエネルギー半値幅が０.２５ｅＶ 以下であることを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項８】
単一の繊維状炭素物質とそれを支持する導電性基材から構成される電界放出型陰極と、電子を電界放出させる引出装置と、電子を加速させる加速装置を有する電界放出型電子銃において、該単一の繊維状炭素物質からのエミッション電流が１μＡの場合の電界放出電子のエネルギー半値幅が０.３５ｅＶ以下 であることを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項９】
電子を電界放出する電界放出型陰極であって、該電界放出型陰極は、繊維状炭素物質と該繊維状炭素物質を支持する導電性基材とから構成され、請求項１〜８に記載された電界放出型電子銃に用いられることを特徴とする電界放出型陰極。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の電界放出型電子銃を搭載したことを特徴とする電界放出型電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかに記載の電界放出型電子銃を搭載したことを特徴とする測長
ＳＥＭ。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれかに記載の電界放出型電子銃を搭載したことを特徴とする電子線描画装置。
【請求項１３】
請求項１〜８のいずれかに記載の電界放出型陰極を複数個搭載したことを特徴とする電子線描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出型電子銃およびそれを搭載した電子ビーム応用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維状炭素物質はその先端径がナノレベルと非常に小さいため、角電流密度が高く、仮想光源サイズが小さいため、これを電子顕微鏡の電子源に適用した場合、高輝度な電子ビームが得られることが知られている（Niels de Jonge, J. Appl. Phys. 95, 673 (2004）、（非特許文献１））。しかし、電子顕微鏡の高分解能化のためには、電子源からの放出電子のエネルギー幅が狭いことが必要であるが、繊維状炭素物質では従来のタングステン電子源と同等であるため、高分解能化は期待できないという課題がある。
【０００３】
また、Ｘ線分光分析等に使用される微小Ｘ線源用の電子源として、炭素と共に、ホウ素及び窒素からなる群から選択された少なくとも一種を含有する面電子源を使用することにより、電子放出効率が向上するということが、特開２００３−３６８０５号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００４】
しかし、炭素にホウ素あるいは窒素をドーピングすることにより放出電子のエネルギー幅が狭くなるという記載はない。また、面電子源のみについて記載されており、電子顕微鏡用の電子源についての記載はない。
【０００５】
【非特許文献１】Niels de Jonge, J. Appl. Phys. 95, 673 (2004)
【特許文献１】特開２００３−３６８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高輝度かつ高分解能な顕微鏡像が得られる電子顕微鏡や高精細描画可能な電子線描画装置を実現するためには、高輝度かつ狭エネルギー幅の電子ビームが得られる電子銃を搭載することが必要不可欠である。
【０００７】
本発明の第一の目的は、高輝度かつ狭エネルギー幅の電子ビームが得られる電界放出型電子銃を提供することにある。
【０００８】
本発明の第二の目的は、該電界放出型電子銃を搭載した電子ビーム応用装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の目的を達成するための手段は、繊維状炭素物質とそれを支持する導電性基材から構成される電界放出型陰極と、電子を電界放出させる引出装置と、電子を加速させる加速装置を有する電界放出型電子銃において、該繊維状炭素物質に原子価が３価および５価の元素のうち少なくとも１種が含有されていることにある。特に、３価および５価の元素はそれぞれホウ素および窒素が望ましい。
【００１０】
また、該原子価が３価および５価の元素の含有量は、該繊維状炭素物質の径方向で、連続あるいは非連続に変化し、中心部よりも表層部の方が多いことにある。電子放出に影響するのは表層部の３価または５価の原子と考えられ、表層部に電子が存在すれば、電子線の半値幅を小さくするという効果が得られる。一方、全体を３価，５価の原子を混合した場合には、カーボンナノチューブの結晶性（強度）が低下するので、表層部に多く３価・５価の原子を存在させることで、半値幅を小さくするとともにナノチューブの強度（結晶性）を維持できる。
【００１１】
さらに、本発明の各電子銃ごとに電子源となる各一本の繊維状炭素物質を有し、該一本の繊維状炭素物質へのホウ素および窒素のうち少なくとも１種の含有量が、炭素に対する原子重量比として０.１ 〜５％であり、該一本の繊維状炭素物質の直径は、２０〜２００ｎｍとすることが好ましい。
【００１２】
繊維状炭素物質の直径、特に先端径が大きいほど、エミッション電流の増大によるエネルギー幅増大効果（ベルシェ効果）は低減できる。また、先端径が太いほど、エミッション電流が大きい際の半値幅を小さくすることができる。しかし、ＣＮＴの結晶性が悪くなるので、２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００１３】
また、一本の繊維状炭素物質とそれを支持する導電性基材から構成される電界放出型陰極と、電子を電界放出させる引出装置と、電子を加速させる加速装置を有する電界放出型電子銃において、該一本の繊維状炭素物質からのエミッション電流が１０ｎＡの場合の電界放出電子のエネルギー半値幅が０.２５ｅＶ 以下、あるいはエミッション電流が１μＡの場合の電界放出電子のエネルギー半値幅が０.３５ｅＶ 以下であるものとすることを特徴とする電界放出型電子銃である。
【００１４】
エミッション電流値は電子銃を適用する電子顕微鏡等の装置構成により異なる。エミッション電流が１０ｎＡの場合はＣＮＴ本来の電子状態を反映した(先端径の影響は小さい)エネルギー半値幅が期待でき、性能のよい電子銃を提供可能である。エミッション電流が１μＡ以上の場合は半値幅はＣＮＴの先端半径に依存し、先端径が小さいほど、少ないエミッション電流で急激にエネルギー半値幅が大きくなってしまうので、ドープの効果および先端の直径を調整することで、上記特性を満たす電子銃を提供可能である。
【００１５】
本発明の第二の目的を達成するための手段は、上記本発明の電界放出型電子銃を各種電子ビーム応用装置に適用することである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、高輝度かつ狭エネルギー幅な電子ビームを放出する電界放出型電子銃およびそれを用いた電界放出型電子顕微鏡，測長ＳＥＭ，電子線描画装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
本実施例に係る電子銃構成を図１に示す。本実施例に係る電子銃は３価および５価の元素であるホウ素および窒素のうち少なくとも１種が含有されている一本の繊維状炭素物質とそれを支持する導電性基材から構成される電界放出型陰極と、電子を電界放出させる引出装置と、電子を加速させる加速装置から構成される。但し、該電界放出型陰極の電界電子放出特性が最大限に発揮できる電子銃構成であれば、これに限定されるものではない。
【００１９】
例えば本実施例に示される静電型電子銃構成でなくとも、図２に示すような引出電極を球面収差の小さい磁界レンズに置き換えた磁界界浸型電子銃構成であってもよい。
【００２０】
図３に窒素をドープした繊維状炭素物質を用いた本実施例に係る電界放出型陰極先端部のＳＥＭ写真を示す。電界放出型陰極は一本の繊維状炭素物質と導電性基材とそれを支持する絶縁性の支持台および電極から構成されている。繊維状炭素物質と導電性基材の接合部は導電性被覆層により補強されている。
【００２１】
導電性基材の材質としては、特に限定されるものではないが、融点，耐酸化性，機械的強度の点から、貴金属（具体的には、金，銀，白金族），結晶質カーボンあるいは高融点金属（具体的には、タングステン，タンタル，ニオブ，モリブデン等）が好ましい。
【００２２】
また、導電性基材の中心軸と繊維状炭素物質とのなす角度を制御できるように、化学エッチング等で先端を鋭利化させた導電性基材先端部にＦＩＢ加工等により平坦面を形成させる。なお、繊維状炭素物質から放出される電子ビームの放射角を考慮すると、導電性基材の中心軸と繊維状炭素物質とのなす角度を±５°以下にしなければ、電子ビームの光軸調整が困難になる。
【００２３】
また、導電性基材に繊維状炭素物質を接合する直前に、接合面に形成されている酸化膜あるいはカーボンコンタミネーション層を極力除去するのが好ましい。なぜなら、電気抵抗率の高い酸化膜やカーボンコンタミネーション層を介在させた状態で導電性基材に繊維状炭素物質を接合すると、次のような問題が生じるからである。（１）繊維状炭素物質と導電性基材との接触電気抵抗が大きくなり、電子放出が阻害される。その結果、放出電流が飽和して、大きなエミッション電流が得られなくなる。（２）エミッション電流を増加させた場合、接合部での発熱によって、繊維状炭素物質あるいは導電性基材が破壊してしまう。（３）エミッション電流を増加させた場合、接合部での発熱による繊維状炭素物質の温度上昇に伴い、繊維状炭素物質から熱電子放出も同時に生じてしまう。このため、放出電子のエネルギー幅が極端に大きくなってしまう。
【００２４】
なお、前記カーボンコンタミネーション層とは、導電性基材と繊維状炭素物質とを電子顕微鏡内で接合する工程において、電子顕微鏡試料室に残存している炭化水素等が電子ビームで分解形成する電気抵抗率の高いアモルファスカーボンを指す。
【００２５】
なお、以下のような方法で、電気抵抗率の高い酸化膜やカーボンコンタミネーション層を除去することが可能となる。（１）導電性基材の接合部をイオンスパッタ処理する。
（２）これらの層が分解，蒸発する温度に加熱する。（３）繊維状炭素物質と導電性基材との間に電圧印加し、繊維状炭素物質から電界電子放出させることにより、繊維状炭素物質接合部表面のカーボンコンタミネーション層を除去する。
【００２６】
また、エミッション電流を安定化させるために、引出電圧を昇圧させて、繊維状炭素物質からのエミッション電流を増加させる場合、繊維状炭素物質と引出電極との間に作用する電界による静電気力（引力）も増加し、導電性基材から繊維状炭素物質が剥離してしまうことがある。このため、導電性基材への繊維状炭素物質の取付け部分の少なくとも一部に、導電性被覆層を形成させることで、十分な接合強度を確保する必要がある。
【００２７】
以下に、導電性被覆層の形成方法について述べる。導電性元素を含む有機ガスを導入したチャンバー内で、接触部分の少なくとも一部に電子ビームを照射することにより、短時間で十分な厚さの導電性被覆層を形成させることができる。この方法により、導電性基材より突出している繊維状炭素物質へ導電性被覆元素を付着させることなく、繊維状炭素物質と導電性基材との接合部のみを局所的に被覆し、接合補強することができる。
【００２８】
前記導電性元素を含む有機ガスとしては、ＦＩＢ等で通常使用されているガリウムイオンビーム等の高エネルギー重イオンビームでしか分解しない有機ガスは使用できない。これは、高エネルギー重イオンビームが繊維状炭素物質に照射されてしまうと、繊維状炭素物質自体が一瞬で損傷を受けてしまい、破断したり、照射欠陥が生じてしまうからである。このため、有機ガスを分解させるのに用いる粒子線としては繊維状炭素物質に損傷を与えない１００ｋｅＶ以下の電子ビームが好ましく、有機ガスとしても１００ｋｅＶ以下の電子ビームで分解し、かつ１００℃以下で気化するピレンモノマー，タングステンカルボニル等が好適である。これらの有機ガスに電子ビームを照射することにより、繊維状炭素物質と導電性基材との接合部のみにカーボン層やタングステン層等の導電性材料を局所的に形成させることができる。
【００２９】
図４に本実施例に係る窒素を含有した繊維状炭素物質のＴＥＭ写真を示す。繊維状炭素物質の形状としては、電界電子放出特性，電気抵抗，耐久性の点から、直径は２０ｎｍ〜２００ｎｍ、長さは数１００ｎｍ〜数１０μｍであることが好ましい。また、図３に示すように、窒素を含有した繊維状炭素物質は多数の節から構成されており、この節の部分に多くの窒素が含有されていた。なお、所望の電界電子放出特性が得られるならば、繊維状炭素物質の形態は中空あるいは中実であっても良く、特に限定されるものではない。また、繊維状炭素物質の先端形状は図４（ａ）に示すように、閉じていても、図４（ｂ）に示すように、開いていても良い。なお、繊維状炭素物質の先端が閉じている方がエミッション電流が安定するので、好ましい。
【００３０】
図５はホウ素あるいは窒素等の原子価が３価あるいは５価の元素をドーピングした繊維状炭素物質における自由電子の状態密度分布と繊維状炭素物質から電界放出される電子に対するポテンシャル分布および電界放出される電子のエネルギー分布を図示したものである。３価あるいは５価の元素を繊維状炭素物質にドーピングすることにより、図示されるように、フェルミレベル（ＥF ）付近に自由電子が局在化することが計算により明らかになった。該繊維状炭素物質に内向きの強電界を加えると、外部電界と鏡像力でつくられるポテンシャルによって、図示されるようなポテンシャル障壁が形成され、障壁の厚さが
１０Åのオーダになると、量子力学的トンネル効果によって、フェルミレベル付近に局在化する自由電子が真空中に放出され、図示されるような狭エネルギー幅の電子ビームが得られることになる。
【００３１】
図６は繊維状炭素物質における電界放出電子のエネルギー分布に及ぼす窒素のドーピング効果を実評価した結果である。なお、この時のエミッション電流は１μＡであった。窒素のドーピングにより、放出電子のエネルギー幅の半値幅（ΔＥ）は０.４ｅＶから０.２ｅＶと半減した。
【００３２】
図７はエミッションに対するΔＥの依存性に及ぼす繊維状炭素物質への窒素のドーピングの効果を評価した結果である。繊維状炭素物質に窒素をドーピングすることにより、
ΔＥが大幅に低減した。
【００３３】
上述のようにこれらのドーピングの効果は、一定範囲に放出電子帯が形成され、その結果として放出電子のエネルギー幅が小さくなる点にある。従って、上述のようにホウ素でも同様の効果が認められると予想される。
【００３４】
なお、窒素含有量が、炭素に対する原子重量比として０.１ ％以上で、ΔＥが低減しはじめ、窒素含有量が増加するにつれて、ΔＥがより低減するが、５％以上になると、繊維状炭素物質を構成するグラファイト層が大きく歪みはじめ、折れ曲がったり、欠陥が多く発生し、機械的特性が劣化する。このことから、繊維状炭素物質におけるホウ素あるいは窒素に代表される原子価が３価あるいは５価のドープ元素の元素の含有量は、炭素に対する原子重量比として０.１ 〜５％が好ましい。
【００３５】
なお、ホウ素あるいは窒素がドーピングされた繊維状炭素物質は、アーク放電法，プラズマ合成法，パルスレーザ蒸着，気相熱合成法等、周知の方法で製造することができる。また、製造された繊維状炭素物質中のドーピング元素の含有量はＸＰＳ，ＴＥＭ−EELS等で組成分析することで確認することができる。以下に、本実施例で実施した繊維状炭素物質の作製方法を下記する。
【００３６】
（１）窒素をドーピングした繊維状炭素物質の作製法（その１）
ゾル・ゲル法により支持触媒であるＦｅ2Ｏ3／Ａｌ2Ｏ3を作製した。アルミニウムtri−sec−ブトキシ(８ｇ) をメタノール（５０ｍｌ）に溶解した後、溶液が透明になるまで希釈し、ＨＣｌ（０.０１ｍＭ）溶液を加えた。さらに、硝酸鉄Ｆｅ(ＮＯ3)3・９Ｈ2Ｏ
(３.２ｇ) を加えた後、アンモニア溶液を加え、ゲル化した。それを一晩、１００℃で乾燥させた後、６００℃で１０時間焼成し、支持触媒を作製した。その支持触媒を石英管が設置された管状の電気炉に入れ、アルゴンガス（２００sccm）を流しながら、８００℃まで昇温し、８００℃に達した時点で、水素（１００sccm）を１時間導入することにより、支持触媒の酸化物を還元した。その後、ジメチルホルムアミド  ＨＯＣＮ(ＣＨ3)2をアルゴンガスをキャリアガスとして石英管に導入すると同時に、無水アンモニアガス（１００sccm）を導入することによって、窒素がドーピングされた繊維状炭素物質が合成された。
【００３７】
（２）窒素をドーピングした繊維状炭素物質の作製法（その２）
粉末状のメラミン（ｓ−triaminotriazine）とフェロセン(dicyclopentadieny−liron)の混合粉末（メラミン：フェロセン＝４：１）を石英管が設置された管状の電気炉に挿入し、アルゴンガス（０.８ｌ／min）を流した雰囲気で１０５０℃，１５分間加熱することにより、窒素がドーピングされた繊維状炭素物質を合成した。
【００３８】
（３）ボロンをドーピングした繊維状炭素物質の作製法（その１）
ボロンドーピングした繊維状炭素物質をレーザー蒸発法により作製した。ターゲットをアルゴンガス中（５００Torr）で１１００℃まで加熱した。Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（1064ｎｍ，１０Ｈｚ）をターゲットに照射し、ターゲットを溶発させることによって、ボロンドーピングした繊維状炭素物質を作製した。ターゲットの組成は０.５ 〜１０at％Ｂ，
０.５ａｔ％Ｃｏ，０.５ａｔ％Ｎｉ、残りカーボンであった。
【００３９】
（４）ボロンをドーピングした繊維状炭素物質の作製法（その２）
ボロンドーピングした繊維状炭素物質を大気中でのアーク放電法により作製した。B4C粉末を表面に塗布して黒鉛板を＋極、ＴＩＧ溶接トーチのタングステン電極を−極に接続し、アルゴンガスを流しながら電流２００Ａで１秒間放電させることによって、ボロンドーピングした繊維状炭素物質を作製した。
【００４０】
（５）表層部に多くボロンをドーピングした繊維状炭素物質の作製法
ボロンあるいは窒素がドーピングされていない繊維状炭素物質を出発原料とし、これを酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）とアンモニアガス（１×１０-6 〜１×１０4mbar）中、高温下
（１１５０℃）で反応させることにより表層部に多くボロンをドーピングした繊維状炭素物質を作製した。酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）とボロンあるいは窒素がドーピングされていない繊維状炭素物質を５：１の比で混合した混合粉末をアルミナ製のるつぼに入れ、アンモニアガスを流しながら（１×１０-6〜１×１０4mbar ）、このるつぼを１１５０℃に加熱してある管状電気炉に挿入した。なお、加熱時間により、ボロンのドーピング量および濃度分布を制御した。
【００４１】
上記原子価が３価および５価の元素のうち少なくとも１種が含有されている一本の繊維状炭素物質から構成される電界放出型電子銃を用いることによって、高輝度かつ狭エネルギー幅の電子ビームが得られる。
【００４２】
（電子ビーム応用装置への適用例１）
図８に本発明の電子銃を用いた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の全体構成図を示す。走査型電子顕微鏡は、電子銃から放出される電子ビームに沿って、アライメントコイル，コンデンサレンズ，非点補正コイル，偏向・走査コイル，対物レンズ，対物絞りが配置されている。試料は、試料ステージに設置され、電子ビームが照射されるようになっている。試料室内の側壁部に二次電子検出器が設けられている。また、試料室は排気系によって高真空に保持されるようになっている。このように構成されることから、電子銃から放出された電子ビームは陽極で加速され、電子レンズによって集束されて試料上の微小領域に照射される。この照射領域を二次元走査し、試料から放出される二次電子，反射電子等を二次電子検出器により検出し、その検出信号量の違いを基に拡大像を形成する。
【００４３】
本発明の電子銃を走査型電子顕微鏡に適用することにより、従来機種と比べて格段に高分解能かつ高輝度な二次電子像や反射電子像を短時間で得られる走査型電子顕微鏡を実現することが可能となる。
【００４４】
また、半導体プロセスにおける微細加工パターンの観察や寸法測長を行う測長ＳＥＭの電子光学系の基本構成も図８と同様であるため、本発明の電子銃を適用することによって、同様の効果が得られる。
【００４５】
なお、電界放出型電子銃を搭載する走査型電子顕微鏡の構成は図８で示したものに限定されることはなく、電界放出型電子銃の特性が十分引出せる構成であれば従来周知の構成を採用できる。
【００４６】
（電子ビーム応用装置への適用例２）
図９は本発明の電子銃を搭載した電子線描画装置の全体構成例である。電子光学系の基本構成は前記した走査型電子顕微鏡とほぼ同様である。電子銃から電界放射により得られた電子ビームをコンデンサレンズで絞り、対物レンズで試料上に絞込み、ナノメータオーダーのビームスポットを得る。この時、試料への電子ビーム照射のＯＮ／ＯＦＦを制御するブランキング電極の中心は、コンデンサレンズで作られるクロスオーバ点に一致した方が良い。
【００４７】
電子線描画は、電子ビームをブランキング電極でＯＮ／ＯＦＦしながら、偏光・走査コイルにより試料上で電子ビームを偏光，走査させながら照射することで実施される。
【００４８】
電子線描画装置は、電子線に感応するレジストを塗布した試料基板に電子ビームを照射し、各種回路パターンを形成するものであるが、各種回路パターンの高精細化に伴い、極細プローブ径が得られる電子銃が必要になってきている。本発明の電子銃を適用することにより、従来機種に比べ、格段に高輝度かつ極細プローブ径が得られるため、高効率かつ高精細な電子線描画が可能となる。
【００４９】
なお、図１０に示すように、本発明の電界放出型陰極を複数個搭載し、各々の陰極に独立に電圧印加できるようにすることで、多数の電子ビームを同時に試料へ照射し、一括描画できるため、描画効率を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施例に係る電子銃構成を示す。
【図２】本実施例に係る磁界界浸型電子銃構成を示す。
【図３】本実施例に係る電界放出型陰極先端部のＳＥＭ写真を示す。
【図４】本実施例に係る窒素を含有した繊維状炭素物質のＴＥＭ写真を示す。（ａ）は先端が閉じている繊維状炭素物質であり、（ｂ）は先端が開いている繊維状炭素物質を示している。
【図５】本実施例に係るホウ素あるいは窒素等の原子価が３価あるいは５価の元素をドーピングした繊維状炭素物質における自由電子の状態密度分布と繊維状炭素物質から電界放出される電子に対するポテンシャル分布および電界放出される電子のエネルギー分布を示す。
【図６】本実施例に係る繊維状炭素物質における電界放出電子のエネルギー分布に及ぼす窒素のドーピング効果を示す。
【図７】本実施例に係る繊維状炭素物質におけるエミッション電流に対するΔＥの依存性に及ぼす窒素のドーピングの効果を示す。
【図８】本実施例に係る電子銃を用いた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の全体構成図を示す。
【図９】本実施例に係る電子銃を用いた本実施例に係る電子銃を用いた電子線描画装置の全体構成図を示す。
【図１０】本実施例に係る各々独立に動作する電子銃を複数個搭載した電子線描画装置の電子光学系構成図を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１…一本の繊維状炭素物質を有する導電性基材、２…電極、３…電極支持台、４…引出電極、５…加速電極、６…引出電極電源、７…加速電極電源、８…磁界レンズ、９…３価および５価の元素であるホウ素および窒素のうち少なくとも１種が含有されている一本の繊維状炭素物質、１０…導電性被覆層、１１…導電性基材先端部に形成した平坦面、１２…導電性基材、１３…電界放出型陰極、１４…電子銃、１５…アライメントコイル、１６…コンデンサレンズ、１７…非点補正コイル、１８…対物レンズ、１９…偏向，走査コイル、２０…試料、２１…二次電子検出器、２２…対物レンズ絞り、２３…試料ステージ、２４…排気系、２５…ブランカ、２６…電極支持台、２７…電極駆動回路、２８…電子レンズ、２９…偏向器、３０…電子ビーム。
【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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