(57)【要約】  電子源デザインが開示される。シリコン等によるエミッタ構造の上に層を備える。その層をグラフェンとし、或いは光電子放出素材例えばアルカリハライドにするとよい。それらエミッタ構造・層間に付加的な層を、或いは前記層上に保護層を設けることができる。動作方法及び製造方法も開示される。
2020537288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを含有するエミッタ構造と、
そのエミッタ構造の外表面上に配置された層と、
を備え、前記層がグラフェン及び光電子放出素材のうち一方を含有する電子源。
【請求項２】
請求項１に記載の電子源であって、
前記層がグラフェンを含有する電子源。
【請求項３】
請求項２に記載の電子源であって、更に、
前記エミッタ構造と前記層との間に配置された金属層を備え、
その金属層が１０ｎｍ〜５０ｎｍの厚みを有する電子源。
【請求項４】
請求項３に記載の電子源であって、
前記金属層がニッケル、銅、鉄又はプラチナを含有する電子源。
【請求項５】
請求項１に記載の電子源であって、
前記層が光電子放出素材を含有する電子源。
【請求項６】
請求項５に記載の電子源であって、
前記光電子放出素材がアルカリハライドであり、
そのアルカリハライドがＣｓＩ、ＣｓＢｒ又はＣｓＴｅを含有する電子源。
【請求項７】
請求項５に記載の電子源であって、更に、
前記エミッタ構造と前記層との間に配置された金属層を備える電子源。
【請求項８】
請求項５に記載の電子源であって、更に、
前記層上に配置された保護被覆を備える電子源。
【請求項９】
請求項５に記載の電子源であって、
前記層が０．１ｎｍ〜５００ｎｍの厚みを有する電子源。
【請求項１０】
請求項１に記載の電子源複数個であり、それらによりアレイが形成される複数個の電子源。
【請求項１１】
請求項１に記載の電子源であって、
前記エミッタ構造が１ｎｍ〜３０ｎｍの直径を有する電子源。
【請求項１２】
請求項１に記載の電子源であって、
前記エミッタ構造が、５ｎｍ〜２０ｎｍの半径を有する尖端を画定する電子源。
【請求項１３】
電子源から電子を放出させるステップを有し、
その電子源が、シリコンを含有するエミッタ構造と、そのエミッタ構造の外表面上に配置された層と、を有し、その層がグラフェン及び光電子放出素材のうち一方を含有する方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記層がグラフェンを含有する方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、
前記層が光電子放出素材を含有し、
その光電子放出素材がアルカリハライドである方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって、
前記放出が１０−１０Ｔｏｒｒ〜１０−１２Ｔｏｒｒの真空中で起きる方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法であって、
前記放出が室温にて起きる方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法であって、
前記放出が冷電界放出であり、
前記層がアルカリハライドを含有する方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法であって、
前記放出が、室温超且つ５００℃未満の温度で起きる方法。
【請求項２０】
請求項１３に記載の方法であって、
前記放出が電界放出及び光電子放出の双方を含み、
前記層がアルカリハライドを含有する方法。
【請求項２１】
電子源を形成する方法であって、
シリコン源からエミッタ構造をエッチングするステップと、
そのエミッタ構造の外表面上に層を堆積させるステップと、
を有し、前記層がグラフェン及び光電子放出素材のうち一方を含有する方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、更に、
前記層を堆積させるのに先立ち前記エミッタ構造の外表面上に金属層を堆積させるステップを有し、
当該層がグラフェンを含有し、
当該金属層がニッケル、銅、鉄又はプラチナを含有する方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法であって、更に、
前記層を堆積させるのに先立ち前記エミッタ構造の外表面上に金属層を堆積させるステップを有し、
当該層が光電子放出素材を含有し、
その光電子放出素材がアルカリハライドを含有する方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法であって、更に、
前記層上に保護被覆を堆積させるステップを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件開示は電子エミッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願への相互参照）
本願は、２０１７年１０月１０日付米国仮特許出願第６２／５７０４３８号に基づき優先権を主張する出願であるので、ここにその開示内容を参照により本願に繰り入れるものとする。
【０００３】
半導体製造業界の発展につれ歩留まり管理、とりわけ計量及び検査システムへの要請が強まっている。限界寸法が縮まり続けているのに、業界には短時間で高歩留まり高付加価値生産を達成することが求められている。歩留まり問題を察知してからそれを正すまでの合計時間を縮めることが、半導体製造業者にとり投資収益率の決め手となっている。
【０００４】
半導体デバイス、例えば論理デバイス及び記憶デバイスを製造する際には、通常、多数の製造プロセスを用い半導体ウェハを処理することで、それら半導体デバイスに備わる様々なフィーチャ（外形特徴）及び複数の階層が形成される。例えばリソグラフィなる半導体製造プロセスにおいては、パターンが、レティクルから半導体ウェハ上に配置されたフォトレジストへと転写される。半導体製造プロセスの更なる例としては、これに限られるものではないが化学機械研磨（ＣＭＰ）、エッチング、堆積及びイオンインプランテーションがある。単一の半導体ウェハ上にある配列をなして複数個の半導体デバイスを作成した後、それらを個別の半導体デバイスへと分けるようにするとよい。
【０００５】
半導体製造では多種多様な用途で電子ビームが用いられる。例えば、電子ビームを変調し、半導体ウェハ、マスクその他のワークピース上にある電子感応性レジストの上に差し向けることで、そのワークピース上に電子パターンを生成することができる。電子ビームを用いウェハを検査することもでき、例えばそのウェハから現れ又は反射されてきた電子を検出して欠陥、異常又は不要物体を検出することで、そうすることができる。
【０００６】
半導体製造プロセスでは、様々な工程にてそれら検査プロセスを用いウェハ側の欠陥を検出することで、その製造プロセスにおける歩留まりの向上、ひいては利益の増進が図られている。検査は絶えることなく半導体デバイス、例えば集積回路（ＩＣ）製造の重要部分とされてきた。しかしながら、半導体デバイスの寸法が小さくなるにつれ、許容水準の半導体デバイスの上首尾製造のため検査がかつてなく重要になってきている；何故なら、より小さな欠陥でもデバイスに不調を引き起こしうるからである。例えば、半導体デバイスの寸法が小さくなるにつれ、より小さなサイズの欠陥を検出することが必要になってきている；何故なら、相対的に小さな欠陥でさえも、それら半導体デバイスに不要な逸脱を引き起こしかねないからである。
【０００７】
半導体デバイスが小さくなるにつれ、強化された検査及びレビューツール及び手順を開発し、ウェハ及びフォトマスク／レティクル検査プロセスの分解能、速度及びスループットを高めることが、より重要になってきている。検査テクノロジの一つに電子ビーム式検査、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の使用がある。ＳＥＭでは電子源が用いられる。通常のＳＥＭは電子ビームカラムを有しており、１本又は複数本の電子ビームを生成する電子源と、可動支持器上で保持されているウェハ上にその電子ビームを集束させ又はそのウェハ上で横断偏向させる電子ビーム素子群とが、それに組み込まれている。
【０００８】
電子源としては、六硼化ランタン（ＬａＢ６）エミッタ、ショットキー熱電界エミッタ（ＴＦＥ）及びタングステン冷電界放出（ＣＦＥ）エミッタがよく用いられている。これら電子源は高信頼な電子源を提供し、良好な長期安定性、ノイズ指数及び輝度を呈している。しかしながら、半導体業界における分解能及びスループット上の要請をこれらで充足することはできない。
【０００９】
電子源は三大グルーブ、即ち熱イオン源、電界放出源及びフォトカソード（光電陰極）に区分することができる。熱イオン源は、通常は六硼化ランタン又はタングステン製である。熱イオン放出においては、電子の熱エネルギが十分高く表面電位障壁が克服されたときに素材表面から電子がボイルオフ（蒸散）する。熱イオンエミッタは広範に用いられているが、それらを動作させるのに通常は高温（例．＞１３００Ｋ）が必要になるし、幾つかの短所、例えば不効率な電力消費、広いエネルギ拡散幅、短寿命、低電流密度、輝度制約等を呈するものとなりうる。より効率的な電子源を求める声を受け、ショットキーエミッタ及び冷電界電子源の研究及び開発が推進されてきた。
【００１０】
ショットキーエミッタでは、外部電界印加下での鏡像電荷効果に起因する有効電位障壁低下により熱イオン放出が増強される。ショットキーエミッタは通常はタングステンワイヤ製であり、その尖端（チップ）が酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）の層で被覆されていて、それが低い仕事関数（例．約２．９ｅＶ）を呈するものである。ショットキーエミッタは幾つかの電子ビームシステムにて現用されている。かなり上首尾ではあるものの、熱アシストショットキー（熱ショットキー）エミッタはなおも高温（例．＞１０００Ｋ）及び高真空（例．約１０−９ｍｂａｒ）にて動作させる必要があり、その動作温度が高いため電子放出エネルギ拡散幅が所望値より広くなる。
【００１１】
冷電子源、とりわけ電子電界エミッタは、電界放出ディスプレイ、ガスイオナイザ、Ｘ線源、電子ビームリソグラフィ、電子顕微鏡その他の用途で用いられてきた。電界放出が起こるのは、尖端対真空界面上の電位障壁を下げうるほど印加電界が高く、従って電子がその障壁を室温付近の温度でトンネリング（例．量子力学的トンネリング）しうるときである。通常の電界エミッタは、円形のゲートアパーチャ（開口）を有する円錐形のエミッタ尖端を備えている。電位差を、そのエミッタのカソード、ゲート及びアノードに亘り外部電界印加下で確立すると、その尖端の表面に強電界が発生する。電子はその薄い表面障壁をトンネリングして、ゲートよりも高電位にバイアスされているアノードの方へと進行する。その放出流密度は、電界エミッタによる電界増強因子を勘案した修正版ファウラー・ノルドハイム理論により推定することができる。
【００１２】
電界エミッタは、室温付近で動作させうるためショットキーエミッタや熱イオンエミッタよりもエネルギ拡散幅が狭く、熱イオンエミッタよりも高輝度且つ大電子流を呈するものにすることができる。しかしながら、実使用時における電界エミッタの出力流は、汚染物がエミッタの尖端にくっついてその仕事関数を増大させ、ひいてはその輝度及び電子流を低下・減少させうるため、さほど安定でない。加えて、エミッタ尖端の表面に対するそれら汚染物の経時的な吸着又は脱離により、その仕事関数が揺らぐこと及びビーム流の不安定性につながることがありうる。周期的フラッシング（即ち尖端温度を一時的に上昇させること）が、それら汚染物を除去するのに必要となる。その尖端をフラッシングしている間は、その器具を運行に利用することができない。半導体業界における器具には、継続的に且つ阻害なく安定的に動作させうることが求められるため、通常は、ショットキーエミッタが冷電界エミッタに優先して用いられている。
【００１３】
従来の電界エミッタアレイ（ＦＥＡ）は、複数個の円錐形の電子エミッタを有し、それらを二次元周期アレイ状に配列したものであった。こうした電界エミッタアレイは、作成に用いられる素材によって二通りのカテゴリ、即ち金属電界エミッタ及び半導体電界エミッタへと広くカテゴリ分けすることができる。
【００１４】
フォトカソードも、電子ビームを生成するのに用いられてきた。１本の光ビームをフォトカソードシステム上に入射させることで１本の電子ビームを生成することができ、またそれが高い輝度を有していて高密度の電子流を送給することができる。しかしながら単一電子ビームシステムには問題があり、高輝度システムを以てしても、単一電子ビームシステムではなお検査に係るスループットが比較的低くなる。低スループットは電子ビーム検査にとり短所である。現状で利用可能な電子ビーム源を以てすると、数千本のビームが必要とされよう。
【００１５】
多くの電子エミッタにとって、シリコンは、シリコン微細加工技術がしっかり確立されているため、極微尖端（ナノチップ）作成向けの良好な候補素材である。しかしながら、シリコンエミッタはひどく酸化しやすく、その酸化によりエミッタ尖端が酸化シリコンへと転化する。酸化シリコンの仕事関数が大きいため、酸化シリコンによって尖端が電子放出に関し動作不能となっていく。安定性も、エミッタ上における酸化シリコンの存在に影響される。
【００１６】
小さな尖端直径（例．１００ｎｍ以下）を有する電子放出用エミッタは真空条件にも影響される。真空条件により電界放出性能が損なわれうる。通常の電子エミッタは、酸化や炭素ビルドアップから守るための保護被覆を有していない。超高真空（ＵＨＶ）条件下での電子ビーム放出中にはカソード尖端の表面上に炭素層が成長する。ＵＨＶ環境における表面の酸化も生じやすい。従来のエミッタデザインは、例えば酸化又は炭素層の清掃に耐えうるほど、頑健でもなかった。
【００１７】
ショットキー熱電界エミッタは環境的な真空条件に対し敏感であり、安定動作のためには１０−９Ｔｏｒｒ又はより良好な真空レベルが必要となる。ショットキー熱電界エミッタは輝度も制約されていて、エネルギ拡散幅が約０．７ｅＶである。欠陥サイズが小さくなりつつあるため、検査システム用のこうした従来型電子源では、エミッタ輝度、実質的電子源サイズ及びエネルギ拡散についての要請が充足されない。加えて、ショットキーエミッタは１８００Ｋで動作するし、タングステンＣＦＥエミッタは１０００℃にも及ぶ温度でフラッシングし表面吸着汚染物を清掃することで周期的に清掃する必要がある；この熱は、必要なエミッタ対エクストラクタ配列の精密配置に熱ドリフトを引き起こすことからアレイフォーマットでは問題となる。
【００１８】
ウェハ及びレティクルの検査をより高速にするため、電子ビームカラムのアレイを備える欠陥検査システムが、カラムを１本しか備えていない検査システムに対する魅力的な代替物になっている；何故なら、複数本のカラムを並列動作させることで、所要総検査時間が減るからである。このように複数本のカラムを有するシステム、例えば数百又は数千本にも及ぶカラムを有しそれらが同時に動作するそれでは、バッチ製造技術を用いアレイ状に製造しうる電子源が求められている。それらのアレイでは、各エミッタがほぼ同一の特性、幾何形状及び性能とされるべきである。
【００１９】
冷電界放出電子源のうち、そのエミッタがナノスケール直径の尖端を有するものでは、高い輝度及び低いエネルギ拡散度（例．０．３ｅＶ）で以て電子ビームを生成することができる。それらが高輝度且つ低エネルギ拡散度である結果として、冷電界電子源からの電子ビームは高い電子流密度で以て小さなスポット内に集束させることができる。冷電界エミッタの作成には多種多様な素材、例えばシリコンを用いることができる。冷電界放出の大きな弱点は、電子ビーム流を安定化するのが難しいことである。冷電界エミッタにより生成される電子流の安定度は、より広く用いられているショットキー電子源（酸化ジルコニウムで被覆されたタングステン製熱電界エミッタ）の安定度より数桁低い。冷電界エミッタにおける安定度は、単純に真空を改善することでは容易に問題解決することができない。冷電界エミッタは広範な素材で作成されるが、１０−１１Ｔｏｒｒ以下の真空でさえも非定常的な電子流しか生成されない。冷電界エミッタの輝度はショットキーエミッタの輝度より二桁ほども高くなりうるし、通常は冷電界エミッタの方がショットキーエミッタよりもエネルギ拡散度が低いので、その放出安定性を改善できるならば、冷電界エミッタは広範な用途に関し電子源としてショットキーエミッタに比し値打ちある代替物となろう。
【００２０】
冷電界電子源は高輝度且つ低エネルギ拡散度で以て電子ビームを生成するものであり、冷電界電子源からの電子ビームは高い電子流密度で以て小さなスポット内に集束させることができる。冷電界電子源の大きな弱点は、その電子ビーム流の安定性が貧弱なことである。被覆を全く伴わないシリコン冷電界エミッタや、金属被覆を伴うシリコン冷電界エミッタでは、多くの用途で用いるのに十分なほど安定な電子ビームが生成されない。ショットキーエミッタが多くのツール（例えばＳＥＭ）にて冷電界エミッタに対する代替物として現用されているのは、冷電界エミッタに比べ低輝度且つ高エネルギ拡散度であるが、ショットキーエミッタが電子流を安定的に放出するからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０４５６１９０１号
【特許文献２】中国特許出願公開第１０５１９７８７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
そのため、改善された電子エミッタが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
第１実施形態では電子源が提供される。本電子源は、シリコンを含有するエミッタ構造と、そのエミッタ構造の外表面上に配置された層と、を備える。その層を、グラフェン及び光電子放出素材（光電素材）のうち一方を含有するものとする。
【００２４】
一例としては、その層を、グラフェンを含有するものとする。金属層を、エミッタ構造とその層との間に配置してもよい。その金属層の厚みは１０ｎｍ〜５０ｎｍとすることができ、またニッケル、銅、鉄又はプラチナを含有するものとすることができる。
【００２５】
一例としては、その層を、光電子放出素材を含有するものとする。その光電子放出素材をアルカリハライド、例えばＣｓＩ、ＣｓＢｒ又はＣｓＴｅとしてもよい。金属層をエミッタ構造とその層との間に配置してもよく、及び／又は、保護被覆をその層上に配置してもよい。その層の厚みは０．１ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。
【００２６】
複数個の電子源を用いてもよい。それら複数個の電子源でアレイを形成することができる。
【００２７】
エミッタ構造の直径を１ｎｍ〜３０ｎｍとすることができる。エミッタ構造により尖端を画定しその尖端の半径を５ｎｍ〜２０ｎｍとすることができる。
【００２８】
第２実施形態では方法が提供される。電子を、シリコンを含有するエミッタ構造と、そのエミッタ構造の外表面上に配置された層と、を備える電子源から放出させる。その層を、グラフェン及び光電子放出素材のうち一方を含有するものとする。
【００２９】
一例としては、その層を、グラフェンを含有するものとする。
【００３０】
一例としては、その層を、光電子放出素材を含有するものとする。その光電子放出素材をアルカリハライドとしてもよい。
【００３１】
放出は１０−１０Ｔｏｒｒ〜１０−１２Ｔｏｒｒの真空中で引き超すことができる。
【００３２】
放出は室温にて引き起こすことができる。放出を、室温超且つ５００℃未満の温度で引き起こすこともできる。
【００３３】
放出を冷電界放出とすることができる。とりわけ、その層にアルカリハライドを含有させ、それを冷電界放出で以て用いる。
【００３４】
放出は、電界放出及び光電子放出の双方を含むものとすることができる。とりわけ、その層にアルカリハライドを含有させ、それを電界放出及び光電子放出で用いる。
【００３５】
第３実施形態では方法が提供される。エミッタ構造をシリコン源からエッチングする。そのエミッタ構造の外表面上に層を堆積させる。その層を、グラフェン及び光電子放出素材のうち一方を含有するものとする。
【００３６】
その層を堆積させるのに先立ち、エミッタ構造の外表面上に金属層を堆積させることができる。とりわけ、その層をグラフェン含有のものとし、金属層をニッケル、銅、鉄又はプラチナ含有のものとすることができる。
【００３７】
その層を堆積させるのに先立ち、エミッタ構造の外表面上に金属層を堆積させることができる。とりわけ、その層を、光電子放出素材を含有するものとする。その光電子放出素材を、アルカリハライドを含有するものとすることができる。
【００３８】
保護被覆を、その層上に堆積させることができる。
【００３９】
本件開示の性質及び目的をより遺漏なく理解頂くため、後掲の詳細記述と併せ以下の添付図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本件開示に係り層を有するエミッタ構造例の断面図である。
【図２】本件開示に係り金属層を有するエミッタ構造例の断面図である。
【図３】その尖端における半径が約１５ｎｍである鋭いシリコン尖端の例を示す図である。
【図４】約１．５μｍの直径及び約２０μｍの高さを有するシリコン高電界増強因子ロッドを示す図である。
【図５】５００μｍピッチでシリコンエミッタ尖端が備わる２５ｍｍ平方を示す図である。
【図６】保護被覆を有するエミッタ構造例の断面図である。
【図７】本件開示に係る動作方法のフローチャートである。
【図８】本件開示に係る製造方法のフローチャートである。
【図９】本件開示に係るシステムの実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
特許請求の範囲記載の主題を特定の諸実施形態により記述するが、本願にて説明されている諸利益及び諸特徴が全ては提供されない諸実施形態を含め、他の諸実施形態も本件開示の技術的範囲内にあるものとする。様々な構造的、論理的、処理ステップ的及び電子的改変を、本件開示の技術的範囲から離隔せずになすことができる。従って、本件開示の技術的範囲は別項の特許請求の範囲への参照によらねば定まらない。
【００４２】
本願開示の諸実施形態では、単一の又はアレイをなすエミッタを備えそのエミッタ上に層がある安定且つ高輝度な電子源が提供される。その高輝度電子源を、１本の電子ビーム又はアレイをなす電子ビームカラム（小サイズ又は通常サイズのそれ）による検査に用いることができる。備わる層を金属被覆、光電子放出素材又はグラフェンとすることができる。
【００４３】
それら電子源は、リソグラフィ技術を用い高電界増強因子シリコンピラー（小柱）のアレイを作成することで、作成することができる。作成後に、それらエミッタを金属薄膜、例えばルテニウム又はイリジウムで以て被覆することができる。他の被覆、例えばタングステン、プラチナ又はモリブデンであり、広範な拡散障壁を伴うものを、用いることもできる。それら拡散障壁により、金属被覆内へのシリコンの拡散を妨げることができる。
【００４４】
作成後に、それらエミッタを金属薄膜で被覆し、その金属膜を触媒として働かせて、１個又は複数個のグラフェン層を成長させることができる。そのグラフェンをキャッピング面として働かせて、そこから電子放出を発生させることができる。
【００４５】
光電子放出素材層を有する電子源にて生成される電子ビームでは、電界と、光誘起光電子放出と、オプション的には熱とを、組合せで用いることができる。
【００４６】
図１は、層１０２を有するエミッタ構造例１０１の断面図である。エミッタ構造１０１は電子源１００内にありシリコンを含有している。エミッタ構造１０１は、結晶シリコン、多結晶シリコン、或いは他のシリコン含有素材、例えばシリコンゲルマニウム合金又はシリコンカーバイドとすることができる。即ち、他の種をシリコンと共に含有させることができる。
【００４７】
シリコン微細加工プロセス（例．エッチング、薄膜堆積及びフォトリソグラフィ）を用いることで、シリコンウェハ上に広範な構造を生成することができる。どのような所要間隔やレイアウトを有するものであれ、単体エミッタ群からアレイをなすエミッタ群まで、どのようなパターンがウェハ上にあるエミッタでも作成することができる。外部電界型高アスペクト比エミッタや、エクストラクタ電極一体型低アスペクト比エミッタを、作成することができる。高アスペクト比エミッタではエクストラクタがウェハ上に作成されない。図１に描かれているもの以外の形状も作成することができる。
【００４８】
鋭い尖端を有する高アスペクト比構造（エミッタ構造と呼ぶ）を、シリコンへのエッチングで形成することができる。それらシリコンエミッタ構造は、外部電界が印加されているときにそれらの尖端にて高い電界増強度を呈しうるものであり、それらエミッタを用いることで、冷電界放出を用い又は露光を受け電子ビームを生成することができる。高背カラム、錐又はピラミッド構造であり何れも鋭い尖端を伴うものを初め、様々な高アスペクト比形状を有するエミッタを作成して電子放出に用いることができる。シリコン微細加工技術により、そのナノスケール尖端の形状及び直径に対する制御が果たされる。シリコンウェハへのドーピングを、ｐ型又はｎ型ドーピングを用い行い、そのシリコンの導電性を高めることができる。
【００４９】
例えば、リソグラフィ技術を用いることで、高電界増強幾何形状を有し正確で再現性のあるシリコンエミッタ構造１０１のアレイを、作成することができる。それらエミッタを、直径１．５μｍ、高さ２０μｍのタワー上に半径５ｎｍ〜２０ｎｍの尖端が備わるものと、することができる。
【００５０】
エミッタ構造１０１のアスペクト比は約１２〜１５とすることができる。一例に係るエミッタは高さ２０μｍ、直径１．５μｍ、従ってアスペクト比が約１３．３３のものである。エミッタはより高背、低背、広幅又は狭幅にしうるので、これは一例として掲げられているに過ぎない。より高背な構造の方が電界増強度が高く、より低電圧で動作させることができる。エクストラクタがウェハ上に統合されていないエミッタでは、一般に、必要なエミッタ・エクストラクタ間電圧が低めになるためアスペクト比が高い方がそのエミッタを動作させやすいが、アスペクト比が高いためそうしたエミッタを製造するのはより難しくなりうる。グラフェン、光電子放出素材その他の素材で、本願開示のそれらを初め、様々なアスペクト比を有する構造上を被覆することができる。
【００５１】
エミッタ構造１０１の直径は１ｎｍ〜１．５μｍとすることができる；これには０．１ｎｍ刻みであらゆる値及び内在範囲が含まれる。ある例によれば、エミッタ構造１０１の直径を１．５μｍとすることができる。別例によれば、エミッタ構造１０１の直径を１ｎｍ〜３０ｎｍとすることができる。より大きな直径のエミッタ構造１０１にすることもできる。例えば、高さを１０ｎｍ〜５００μｍ、直径を１０ｎｍ〜５０μｍとすることができる。グラフェン、光電子放出素材その他の素材で、本願開示のそれらを初め、様々な高さ及び直径を有する構造上を被覆することができる。
【００５２】
エミッタ構造により画定される尖端の半径は５ｎｍ〜２０ｎｍである。とはいえ、より大きな半径にすることもできる。例えば、尖端の半径を、１００ｎｍに及ぶほどにしてもよい。
【００５３】
層１０２はエミッタ構造１０１の外表面上に配置されている。層１０２は光電子放出素材、グラフェン又は金属素材を含有しており、例えば０．１ｎｍ〜５００ｎｍの厚みにすることができる；これには０．１ｎｍ刻みであらゆる値及び内在範囲が含まれる。一実施形態に係る層１０２の厚みは２ｎｍ〜２０ｎｍである；これには０．１ｎｍ刻みであらゆる値及び内在範囲が含まれる。金属膜とする場合、層１０２の厚みは０．１ｎｍ〜１００ｎｍ、とりわけ５ｎｍ〜１０ｎｍにするとよい；これには０．１ｎｍ刻みであらゆる値及び内在範囲が含まれる。光電子放出膜とする場合、層１０２は０．１ｎｍ〜５００ｎｍにするとよい；これには０．１ｎｍ刻みであらゆる値及び内在範囲が含まれる。
【００５４】
層１０２は、エミッタ構造１０１の外表面全体に配置しても、エミッタ構造１０１の外表面の一部のみに配置してもよい。即ち、層１０２を、エミッタ構造１０１のピラミッド状、錐状又は円筒状部分の外表面上のみに配置し、基部には配置しないようにしてもよい。
【００５５】
一実施形態に係る層１０２は、アルカリハライドを含有するものである。例えば、そのアルカリハライドをＣｓＩ、ＣｓＢｒ又はＣｓＴｅとすることができる。層１０２内のアルカリハライドをエミッタ構造１０１内で用い、それをフォトカソードとして用いることができる。層１０２内のアルカリハライドから、電子を高い量子効率で以て放出させることができる。アルカリハライドを有する層１０２では、不純物レベルを低くし且つ均一度を許容水準にすることができる。層１０２はアモルファス又は多結晶とされうるので、欠陥が存在することがある。
【００５６】
フォトカソードは、基板が光源に対し露出されたときに透過モード又は反射モードで電子を放出する電子源である。その基板は、バルク素材とも、膜とも、基板上に堆積された一連の膜ともすることができ、その光の波長（群）を適宜選択することで、放出電子の放出流量及びエネルギ拡散度を最適化することができる。フォトカソードにより生成される電子流の方が、冷電界エミッタにより生成される電子流より安定であろう。シリコンそのものや金属被覆付のシリコンを初め、多くの素材を光電子放出向けに用いることができる。
【００５７】
一実施形態に係る層１０２はアルカリハライドを含有するものであり、その厚みは０．１ｎｍ〜１００ｎｍである；これには０．１ｎｍ刻みであらゆる値及び内在範囲が含まれる。
【００５８】
アルカリハライド膜で以てシリコンエミッタを被覆することで、フォトカソードにおける安定な放出と、冷電界エミッタにおける高い輝度とを、結び付けることができる。それにより得られるエミッタからは、電子を、電界放出及び光電子放出の組合せ（例．光電界放出と呼ばれるプロセス）を用い放出させることができる。ナノスケール直径の尖端を有する高アスペクト比シリコン構造を、その上に光電子放出素材を堆積させるためのテンプレートとして動作させることで、放出安定性を提供しつつシリコン構造における高い電界増強度を保つことができる。
【００５９】
外部電界が印加されているときに電子ビームを生成しうる高アスペクト比シリコンエミッタを作成するのに加え、シリコンをエッチングして鋭い尖端を作成することができ、また一体化電極及び１個又は複数個のオプション的な集束ゲートを、そのシリコンウェハ上に直に作成することができる。製造プロセス中に、それら一体化エクストラクタ付エミッタ上に光電子放出素材を堆積させることで、それらエミッタを、電界及び光の併用でターンオンさせうるものとすることができる。一体化エクストラクタ又は集束ゲートをウェハ上に作成することの利点は、ビームの形状に対する広範な制御を低電圧で以て行える能力にある。
【００６０】
層１０２が光電子放出素材である場合、付加的な金属層で層１０２上を被覆することができる。
【００６１】
他実施形態に係る層１０２は金属、例えばニッケル、銅、鉄及び／又はプラチナである。
【００６２】
図２は、金属層１０３を有するエミッタ構造例１０１の断面図である。このオプション的な金属層１０３は、エミッタ構造１０１・層１０２間に配置されている。
【００６３】
一例に係る金属層１０３は、ニッケル、銅、鉄、プラチナ及び／又はルテニウムを含有するものである。金属層１０３は、不純物レベルが低く均一度が許容水準のものとすることができる。金属層１０３はアモルファス又は多結晶とされうるので、欠陥が存在することがある。
【００６４】
一実施形態に係る金属層１０３上の層１０２はグラフェンである。用いる金属層１０３、例えばニッケル、銅、鉄及び／又はプラチナを触媒として作用させることで、シリコンエミッタ構造１０１上にコンフォーマル（共形）グラフェン被覆を成長させることができる。グラフェンは電子源を提供しうるものであり、通常は、その金属層１０３の表面上に均一膜として成長する。通常、グラフェンの結晶化度は高いので、その下にある金属層１０３が結晶構造を有していなくても、所望の輝度に至らしめることができる。
【００６５】
ある実施形態によれば、金属層１０３の厚みを０．１ｎｍ〜１００ｎｍとすることができる；これには０．１ｎｍ刻みであらゆる値及び内在範囲が含まれる。一例に係る金属層１０３の厚みは５ｎｍ〜１０ｎｍである；これには０．１ｎｍ刻みであらゆる値及び内在範囲が含まれる。別例に係る金属層１０３の厚みは１０ｎｍ〜５０ｎｍである；これには０．１ｎｍ刻みであらゆる値及び内在範囲が含まれる。その上でその頂部上にグラフェン層１０２を成長させる。そのグラフェンを１層又は複数層厚とすることができる。
【００６６】
幾ばくかの欠陥がグラフェンの表面上に現れうるが、グラフェン内部の不純物及び欠陥は最小限化することができる。グラフェンが湾曲補償欠陥を有することもある。三次元構造に亘る許容覆域で以て均一性を得ることができる。
【００６７】
層１０２にてグラフェンを用いることで、吸着汚染物を清掃するための高温フラッシングなしで、１０−８Ｔｏｒｒの真空レベル及び室温での高輝度安定動作を可能とすることができる。層１０２内のグラフェンを冷電界放出モードで用いることができる。
【００６８】
別例に係る層１０２は光電子放出素材、例えばアルカリハライドである。金属層１０３内の金属、例えばルテニウム又はルテニウム・プラチナ合金によって、エミッタ構造１０１とその層１０２との間の接着性が改善される。金属層１０３によって、層１０２に対する導電性を改善することや、エミッタ構造１０１のシリコン内を電子が通る必要がないよう電気的経路を電子向けに提供することもできる。金属層１０３は、不純物レベルが低く均一度が許容水準のものとすることができる。金属層１０３はアモルファス又は多結晶とされうるので、欠陥が存在することがある。
【００６９】
層１０２が光電子放出素材である場合、付加的な金属層で層１０２上を被覆することができる。
【００７０】
図６は、保護被覆１０４を有するエミッタ構造例１０１の断面図である。保護被覆１０４は層１０２上に配置されている。一例に係る層１０２は光電子放出素材である。保護被覆１０４は金属でも他の素材でもよい。保護被覆１０４により層１０２を環境効果、例えば空気への暴露、低真空、或いは真空からの吸着物から、保護することができる。層１０２の劣化が妨げられるほか、保護被覆１０４により、エミッタ構造１０１のプラズマ清掃を可能にすることができる。
【００７１】
一例に係る保護被覆１０４は金属層１０３なしで用いられる。即ち、層１０２及び保護被覆１０４のみがエミッタ構造１０１上に配置される。
【００７２】
専ら単体のエミッタ構造１０１を示したが、複数個のエミッタ構造１０１を１次元又は二次元アレイ状に形成してもよい。そのアレイ内の各エミッタ構造１０１にて電子ビームを生成することができる。即ち、層１０２で以て被覆された単体のエミッタ構造１０１や、層１０２で以て被覆されたエミッタ構造１０１のアレイを、生成することができる。各エミッタにおける電界及び／又は露光を個別に制御することで、アレイをなすエミッタのうち１個又は複数個を同時にターンオンさせ、１本の電子ビームやアレイをなす電子ビーム群を生成することができる。
【００７３】
諸実施形態の電子源１００を、レティクル及びウェハ検査システム内の電子源として用いることができる。例えば、諸実施形態の電子源１００を、１個又は複数個の電子源を用いる電子ビーム式ウェハ又はレティクル検査システム、１個又は複数個の電子源を用いる電子ビーム式ウェハ又はレティクルレビューシステム、或いは１個又は複数個の電子源を用いる電子ビーム式ウェハ又はレティクル計量システム内の電子源として用いることができる。諸実施形態の電子源１００を、１個又は複数個の電子源を用いＸ線を生成しウェハ又はレティクルの計量、レビュー又は検査に用いるシステムにて、用いることもできる。諸実施形態の電子源１００で、電子ビーム式システム内の従来型ショットキー電子源を置換してもよい。
【００７４】
図７は動作方法２００のフローチャートである。本方法では、２０１にて電子源から電子が放出される。その電子源は、シリコンを含有するエミッタ構造と、そのエミッタ構造の外表面上に配置された層とを、有するものにすることができる。その層は、グラフェンを含有するものや、光電子放出素材例えばアルカリハライドを含有するものとすることができる。２０２ではそれら電子が半導体ウェハに差し向けられる。これを、その半導体ウェハを対象とした検査、計量又はレビュープロセスの一部とすることができる。
【００７５】
放出は、１０−８Ｔｏｒｒの真空又はより高レベルの真空中で起こさせることができる。例えば、その真空を１０−１０Ｔｏｒｒ〜１０−１２Ｔｏｒｒにしてもよい。
【００７６】
放出は、室温又は暖モードにて、光電子放出素材又はグラフェンで以て起こさせることができる。冷電界放出は室温にて稼働させることができる。暖電界放出は、室温を超え約５００℃までの温度にて起こさせることができる。
【００７７】
放出を冷電界放出とすることができる。一例に係る層は金属又は光電子放出素材、例えばアルカリハライドを含有するものであり、それが冷電界放出に用いられる。
【００７８】
一実施形態に係る放出は、電界放出及び光電子放出の双方を含むものである。その層は、光電子放出素材例えばアルカリハライドを含有するものとすることができる。
【００７９】
一実施形態に係るグラフェン層は冷電界放出で以て、或いは約５００℃に及ぶ暖電界放出で以て用いられる。
【００８０】
図８は電子源形成方法２５０のフローチャートである。本方法２５０では、２５１にてシリコン源からエミッタ構造がエッチングされる。２５２にてそのエミッタ構造の外表面上に層が堆積される。その層は、グラフェンを含有するものや、光電子放出素材例えばアルカリハライドを含有するものに、することができる。
【００８１】
オプション的な金属層を、前記層の堆積に先立ちエミッタ構造の外表面上に堆積させることができる。一例としては、前記層がグラフェンを含有し金属層がニッケル、銅、鉄又はプラチナを含有する。別例としては、前記層がアルカリハライドを含有し金属層を伴う。
【００８２】
オプション的な保護被覆を前記層上に堆積させることができる。
【００８３】
ある実施形態では複数個のエミッタ構造が作成される。これにより、エミッタ構造のアレイを形成することができる。
【００８４】
図９は一実施形態に係るシステム３００のブロック図である。本システム３００は、ウェハ３０４の画像を生成するよう構成された（電子カラム３０１を有する）ウェハ検査ツールを有している。
【００８５】
そのウェハ検査ツールは出力獲得サブシステムを有しており、それが少なくともエネルギ源及び検出器を有している。この出力獲得サブシステムを電子ビーム式出力獲得サブシステムとすることができる。例えばある実施形態では、ウェハ３０４に向かうエネルギが電子によるものとされ、そのウェハ３０４から検出されるエネルギが電子によるものとなる。この構成にてエネルギ源を電子ビーム源にすることができる。図９に示したのはその種の実施形態の一つであり、出力獲得サブシステムが電子カラム３０１を有し、それがコンピュータサブシステム３０２に結合されている。チャック（描写せず）によりウェハ３０４を保持するとよい。
【００８６】
同じく図９に示すように、電子カラム３０１は、電子を生成するよう構成された電子ビーム源３０３を有しており、それら電子が１個又は複数個の素子３０５によりウェハ３０４へと集束されている。電子ビーム源３０３は、例えば図１、図２又は図６を参照して述べた実施形態の電子源１００を、有するものとすればよい。電子ビーム源３０３は実施形態の方法２００を用い動作させることができる。１個又は複数個の素子３０５に含まれうるものとしては、例えばガンレンズ、アノード、ビーム制限アパーチャ、ゲートバルブ、ビーム流選択アパーチャ、対物レンズ及び走査サブシステムがあり、それらの何れにも、本件技術分野にて既知なあらゆる類種好適素子が含まれうる。
【００８７】
ウェハ３０４からの返戻電子（例．二次電子）を、１個又は複数個の素子３０６により検出器３０７に集束させてもよい。１個又は複数個の素子３０６に含まれうるものとしては例えば走査サブシステムがあり、それを、１個又は複数個の素子３０５に含まれる走査サブシステムと同じものにしてもよい。
【００８８】
本システム３００には、電子流を計測しその電圧を用いフィードバック安定化を実行する装置も、組み込むことができる。その装置を、金属被覆付のシリコンエミッタ、グラフェン被覆付のエミッタ、並びに光電子放出素材で以て被覆されたエミッタと共に、用いることができる。
【００８９】
その電子カラムが、本件技術分野にて既知な他の何れの好適素子を有していてもよい。
【００９０】
図９に示した電子カラム３０１は、電子がウェハ３０４にある斜め入射角にて差し向けられそのウェハ３０４から別の斜め角にて散乱されるよう構成されているが、電子ビームがウェハ３０４に向かいそこから散乱される角度は、好適ならどのような角度であってもよい。加えて、その電子ビーム式出力獲得サブシステムを、複数個のモードを用い（例．異なる照明角、収集角等々で以て）ウェハ３０４の画像を生成するよう構成してもよい。電子ビーム式出力獲得サブシステムに備わる複数個のモードは、その出力獲得サブシステムの何らかの画像生成パラメタが異なるものとすればよい。
【００９１】
コンピュータサブシステム３０２は、自コンピュータサブシステム３０２が検出器３０７その他、ウェハ検査ツールの諸部材と電子通信しうるよう、検出器３０７に結合させればよい。その検出器３０７にてウェハ３０４の表面からの返戻電子を検出することにより、そのウェハ３０４の電子ビーム画像を、コンピュータサブシステム３０２で以て形成すればよい。それら電子ビーム画像にはあらゆる好適な電子ビーム画像が包含されうる。コンピュータサブシステム３０２はプロセッサ３０８及び電子データ格納ユニット３０９を有している。プロセッサ３０８には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラその他のデバイスが含まれうる。
【００９２】
なお、本願に図９を設けたのは、本願記載の諸実施形態にて用いうる電子ビーム式出力獲得サブシステムの構成を大略描出するためである。商用の出力獲得システムを設計する際に通常行われている通り、本願記載の構成を有する電子ビームベース出力獲得サブシステムを改変して、その出力獲得サブシステムの性能を最適化することができる。加えて、本願記載の諸システムを、既存のシステムを用い（例．本願記載の機能を既存システムに付加することで）実施してもよい。そうした類のシステムにて、本願記載の諸方法を、（例．そのシステムの他の機能に加え）そのシステムのオプション的機能として提供してもよい。これに代え、本願記載のシステムを完全に新規なシステムとして設計してもよい。
【００９３】
コンピュータサブシステム３０２は、プロセッサ３０８が出力を受け取れるよう、何らかの好適要領にて（例．１個又は複数個の伝送媒体、例えば有線及び／又は無線伝送媒体を含むそれを介し）システム３００の構成諸部材に結合させればよい。プロセッサ３０８は、その出力を用い多数の機能を実行するよう構成すればよい。ウェハ検査ツールは、プロセッサ３０８から命令その他の情報を受け取ることができる。プロセッサ３０８及び／又は電子データ格納ユニット３０９は、オプション的に、他のウェハ検査ツール、ウェハ計量ツール又はウェハレビューツール（描写せず）と電子通信させ、付加的な情報を受け取り又は命令を送れるようにするとよい。
【００９４】
コンピュータサブシステム３０２、他の１個又は複数個のシステム、或いは他の１個又は複数個のサブシステムであり、本願記載のものを、パーソナルコンピュータシステム、イメージコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、ネットワーク機器、インターネット機器その他の装置を初め、様々なシステムの一部としてもよい。その又はそれらのサブシステム又はシステムは本件技術分野にて既知な何れの好適プロセッサを有するのでもよく、例えば並列プロセッサを有していてもよい。加えて、その又はそれらのサブシステム又はシステムを、スタンドアロンかネットワーク接続ツールかを問わず、高速処理プラットフォーム及びソフトウェアを有するものとしてもよい。
【００９５】
プロセッサ３０８及び電子データ格納ユニット３０９を、システム３００内に配置しても、そのシステムの他部分に配置しても、或いは他装置内に配置してもよい。一例としては、プロセッサ３０８及び電子データ格納ユニット３０９を、スタンドアロン制御ユニットの一部とし又は集中品質制御ユニット内のものとするのがよい。複数個のプロセッサ３０８又は電子データ格納ユニット３０９を用いてもよい。
【００９６】
プロセッサ３０８は、実際、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアのどのような組合せで実施してもよい。また、それらの機能であり本願記載のものを、単一ユニットで実行しても複数個の異なる部材間で分かち合ってもよいし、それら部材それぞれが翻ってハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアのどのような組合せで実施されてもよい。プロセッサ３０８に様々な方法及び機能を実行・実施させるためのプログラムコード又は命令は可読格納媒体内、例えば電子データ格納ユニット３０９内にあるメモリかその他のメモリ内に格納すればよい。
【００９７】
図９のシステム３００は、電子源１００を用いうるシステムの単なる一例である。諸実施形態の電子源１００を、欠陥レビューシステム、検査システム、計量システムその他、何らかの他種システムの一部としてもよい。即ち、本願開示の諸実施形態により記述されている幾つかの構成を、異なる能力を有し異なるアプリケーション向けに多少の差はあれ適するシステム向けに、多様な要領にて仕立て上げることができる。
【００９８】
グラフェン式エミッタアレイや、光電子放出素材で以て被覆されたエミッタアレイによって、本システム３００に対する性能改善を実現することができる。一実施形態に係るシステム３００では、電子源１００のアレイでありグラフェン層１０２を伴うものが用いられる。その電子源１００は、１５ｍｍ以下のピッチを有する１０×１０アレイの態で構成される。従来のショットキーＴＦＥアレイは、１０−１０Ｔｏｒｒ真空中で１８００Ｋにて動作するものであったため、動作させるのが難しく、例えば約２０ｍｍ離れたところにあるウェハからの汚染物に対し感応的であった。加えて、従来のアレイはかさばっていて、エクストラクタ電極に対し整列させるのが難しかった。
【００９９】
以下の諸例は例証であり、限定を意味するものではない。
【０１００】
（例１）
ある例では、グラフェンがシリコンエミッタ構造上に堆積される。薄膜堆積、エッチング及びリソグラフィ技術を用い、直径が約１．５μｍ、高さが２０μｍであり、備わる鋭い尖端の半径が５〜２０ｎｍオーダである、高電界増強比シリコンカラムのアレイを、シリコンウェハ上に作成してみた。これは図３〜図５にて看取することができる。エミッタ尖端が５００μｍピッチでレイアウトされていて、電子カラムの頂上にある錐状エクストラクタ電極に対し整列している尖端のみを、作動させることができる。この構成では、エミッタチップをＸ又はＹ方向に５００μｍ動かすことで、代わりの尖端を作動させうるので、望みに応じ多くの尖端を代替にすることができる。これらシリコンが周囲の酸素及び水と反応してＳｉＯｘが形成され、それにより放出機構のブレークダウンが引き起こされることがありうる。カーボンナノチューブが、０．３ｅＶオーダのエネルギ拡散度を呈する高輝度電子ビーム源となりうることが判明しているが、（高さ及び直径を初め）均一な幾何形状を有するカーボンナノチューブのアレイを作成するのは、特にマイクロカラムのアレイと結合されたエミッタアレイ向けでは難しくなりうる。エミッタ例えばシリコンエミッタをエッチングすることで、均一な幾何形状にすることができる。各カラムの動作条件を調整することであらゆる不均一性を補償しうるので、不均一なカーボンナノチューブでも問題になりえない。
【０１０１】
その後は、シリコンウェハ上にリソグラフィで製造された周期的基部構造を、薄い（１０ｎｍ〜５０ｎｍ厚の）金属層（例．ニッケル又は銅）で以て被覆することができ、それを触媒として働かせることで、化学気相堆積（ＣＶＤ）又は熱化学気相堆積（ＴＣＶＤ）を用い、均一なグラフェン単層又は複数個のグラフェン層を成長させることができる。その後は、この外側グラフェン層が、低いエネルギ拡散度を有する高輝度電子源として作動する。加えて、グラフェンの化学物質感受性が低いため、１８００Ｋで動作するショットキーエミッタや、周期的に１０００℃までフラッシングして吸着汚染物を清掃しなければならないタングステンＣＦＥエミッタとは対照的に、そのエミッタを室温で動作させることができる。グラフェン被覆を有する電子エミッタについては、グラフェンの化学物質感受性が低い分、真空チャンバ内真空に関する要件が緩和されるため、１０−８Ｔｏｒｒの真空レベルで安定に稼働しうることが判明している。
【０１０２】
（例２）
グラフェンを、電気泳動堆積（ＥＰＤ）を用い被覆付シリコン基板に付加することができる。本方法では、チャージャ／バインダ要素としてＭｇ（ＮＯ３）２＊６Ｈ２Ｏを有する化学剥離グラフェンフレークのコロイド懸濁液を用い、コーティングセル内にて、電界の影響下でエミッタをコヒーレントに被覆することができる。これについては、グラフェンの均一被覆を生成しうることが判明している。グラフェンは、シリコンエミッタ上に直接堆積させることも、金属薄膜で被覆されたシリコンエミッタ上に堆積させることもできる。それらが尖端付近に生じている場合、シートのエッジの向きに対処することができる。シートエッジからの放出は、その電界増強因子故に、平坦マトリクス炭素原子群よりかなり効率的である。
【０１０３】
（例３）
アルカリハライド膜を有するシリコンエミッタが作成される。アルカリハライド膜で以て被覆されたシリコンエミッタを低温まで熱し暖モードで動作させることができ、それによってより熱力学的に安定な放出面を生成することで、放出流安定性を更に改善することができる。その温度を然るべく設定することで、エネルギ拡散度を低く保ちつつ輝度を高いままにすることができる。電界増強、電子の光励起、並びに加熱の組合せによって、エミッタ電子の放出安定性、輝度及びエネルギ拡散を最適化することができる。
【０１０４】
光電子放出膜の厚みは、最大量子効率及び最小熱放散を最適化する上で重要なパラメタとなりうる。個別の照明波長に関し、その膜厚により吸収光の量及び浸透深度を特定することができる。紫外波長の場合、約２ｎｍ〜２０ｎｍのＣｓＩ膜及びＣｓＢｒ膜を２６６ｎｍ以短波長向けに用いることができる。
【０１０５】
フォトカソードは冷電界電子源よりも安定な電子源たりうる。ナノスケール直径の尖端を有する微細加工シリコンエミッタによって、冷電界放出にて高輝度な電子ビームを生成することができ、またそれらシリコンエミッタをテンプレートとして用い、それらを光電子放出素材で以て被覆することができる。得られる光アシスト冷電界電子源は、高い輝度、低いエネルギ拡散度及び高い安定性を併有するものとなりうる。
【０１０６】
（例４）
シリコン冷電界エミッタはシリコンウェハを起点として作成される。単一の鋭いシリコンエミッタであれ複数本の鋭いシリコンエミッタからなるアレイであれ、作成することができる。オプション的なエクストラクタ及び／又は集束電極をそのウェハ上に一体化させることができる。
【０１０７】
光電子放出素材は、その尖端を尖らせた後に、そのシリコンエミッタ上に薄膜として堆積される。例えば、清浄な真空チャンバ内でエフュージョンセルを用い、シリコンエミッタ上にアルカリハライド膜が堆積される。
【０１０８】
そのウェハ上に一体化エクストラクタが備わっている場合、そのエフュージョンセル堆積が方向性且つ非コンフォーマルでありエミッタをエクストラクタゲートに回路短絡させないのであれば、エクストラクタを堆積させる前及び堆積させた後の何れでも、光電子放出素材を堆積させることができる。
【０１０９】
光アシスト冷電界エミッタを、真空チャンバ内で電子源として用いることができる。その真空チャンバを、１０−１０Ｔｏｒｒ域以下で動作させることができる。光電子放出被覆を有するシリコンエミッタがシリコンチップ上又はダイアモンド尖端上に作成される。そのチップに対する電気コンタクト（接触部）が作成され、大きな負電圧がそのチップに印加される。接地されているエクストラクタをエミッタの方に接近させ、そのエミッタを光源に露出させる。そのエクストラクタ内のアパーチャ（開口）により電子を通過させることができ、オプション的には、接地されている検出器にて電子流を集めることができる。ピコ電流計を用いそのチップ、エクストラクタ及び検出器からの電流を計測することができる。
【０１１０】
オプション的には、作成後に、そのチップから（集束イオンビーム（ＦＩＢ）又はＳＥＭツールを用い）エミッタを除去することや、エミッタを例えば加熱フィラメントに溶接することもできよう。
【０１１１】
本方法の各ステップは本願記載の如く実行すればよい。それら方法に、本願記載のプロセッサ及び／又はコンピュータサブシステム（群）又はシステム（群）により実行可能な他の何らかのステップ（群）を組み込んでもよい。それらのステップを、１個又は複数個のコンピュータシステム、例えば本願記載の諸実施形態のうち何れかに従い構成されたものによって、実行することができる。加えて、上述の諸方法を、本願記載のシステム実施形態のうち何れによって実行してもよい。
【０１１２】
１個又は複数個の具体的実施形態を基準にして本件開示を記述してきたが、理解し得るように、本件開示の技術的範囲から離隔することなく本件開示の他の諸実施形態をなすこともできる。従って、本件開示は、添付する特許請求の範囲及びその合理的解釈によってのみ限定されるものと認められる。
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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