電界放出型電子銃の製造方法、その製造方法による電界放出型電子銃、荷電粒子ビーム装置、電界放出型電子銃の再生方法、その再生方法による電界放出型電子銃、荷電粒子ビーム装置、および複数分割エミッタ電極
【課題】エミッタ電極の先端面をエッチング加工することによりエミッタ電極の先端に極めて細い針状部を形成することができる電界放出型電子銃の製造方法を提供する。
【解決手段】電子ビームの出射のための複数分割エミッタ電極を備える電界放出型電子銃の製造方法であって、エミッタ電極（２１）の先端部２８に集束イオンビームＩを照射して先端部２８を除去加工することにより、先端部２８に互いに独立しかつ電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部３０を形成する。
【解決手段】電子ビームの出射のための複数分割エミッタ電極を備える電界放出型電子銃の製造方法であって、エミッタ電極（２１）の先端部２８に集束イオンビームＩを照射して先端部２８を除去加工することにより、先端部２８に互いに独立しかつ電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部３０を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エミッタ電極に設けられた針状部を強い電界中に配置することにより、針状部から電子を放出させる電界放出型電子銃の製造方法、その製造方法により製造された電界放出型電子銃、その電界放出型電子銃を備える荷電粒子ビーム装置、電界放出型電子銃の再生方法、その再生方法により再生された電界放出型電子銃およびその電界放出型電子銃を備える荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エミッタ電極に設けられた針状部の先端の曲率半径が０．５〜数μｍとされた電界放出型電子銃（ＦＥＧ：Ｆｉｅｌｄ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｇｕｎ）が荷電粒子ビーム源として用いられた、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、描画装置、半導体製造・検査装置等の荷電粒子ビーム装置に広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２３は、従来の荷電粒子ビーム装置５０の一例を示す。荷電粒子ビーム装置５０は、図示を略す電界放出型電子銃（以下、ＦＥＧともいう）を備え、ＦＥＧから出射される電子ビームを利用するものである。このＦＥＧは、そのエミッタ電極（図示せず）に設けられた針状部５１の先端個所５１ａの直径Ｄが０．２μｍ程度とされ、その先端個所５１ａの周辺に強い電界を形成することにより、先端個所５１ａから電子放出させて電子ビームを出射する。この出射された電子ビームは、図示は略すがエミッタ電極と試料面５２（もしくはエミッタ電極から見て試料面５２側となる個所）との間に付与された電位差（加速電圧）により加速されて試料面５２へ向かうこととなる。荷電粒子ビーム装置５０では、針状部５１から出射された電子ビーム（荷電粒子ビーム）がレンズ系で縮小されて試料面５２に照射され、この照射箇所の直径ｄが５ｎｍとされて１０ｎＡ程度の電子ビーム電流が流れている。
【０００４】
ところで、このような電界放出型電子銃（ＦＥＧ）には、エミッタ電極の針状部を結晶方位が＜１００＞方位のタングステン単結晶針状とし、その針状部の先端にジルコニウムと酸素とからなる被膜層が設けられたＺｒ／Ｗ熱電界放射電子銃が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
このような単結晶針状の針状部の製造方法の一つとして、例えば特許文献４に示すように、異方性蝕刻等により針状部の先端部分にファセット面である｛１００｝面にて三方向より囲んだ三角錐状の微小突起を複数形成することが考えられている（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
また、ＦＥＧには、エミッタ電極に複数の針状部がアレイ状に設けられたフィールドエミッション形電子銃（例えば、特許文献５参照）が知られており、このようなフィールドエミッタアレイ（以下、ＦＥＡともいう）の製造方法として、異方性エッチングを行うことにより、エミッタ電極となるシリコン基板に針状部としてのエミッタコーンをアレイ状に形成すると共に、絶縁マスクでエミッタコーンおよびシリコン基板を覆うことが知られている（例えば、特許文献６参照）。
【０００７】
さらに、エミッタを加熱すると共に、加熱されたエミッタから電子を引き出すようにした熱電界放出型電子銃において、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落とした熱電界放出型電子銃や、比較的大きな先端半径を有したエミッタ先端に比較的小さな先端半径を有したエミッタを形成した熱電界放出型電子銃が知られている（例えば、特許文献７参照）。
【０００８】
ついで、単一のショットキーシールドの内部に複数のＴＦＥエミッタ（熱電界放出型エミッタ）を直線状に配置し、複数のＴＦＥエミッタの陰極先端をショットキーシールドの電子放出穴の位置に合わせた構造を有する熱電界放出型電子銃が知られている（例えば、特許文献８参照）。なお、この特許文献８の実施例では、ショットキーシールドに幅約２００μｍ、長さ約６００μｍの電子放出穴が設けられ、この略中央に４本のＴＦＥエミッタが一列に配置されて構成されている。
【特許文献１】特開２００３−１３２８３４号公報
【特許文献２】特開平１１−３５４００７号公報
【特許文献３】特公平６−２８１４２号公報
【特許文献４】特開昭５６−１２３６３９号公報
【特許文献５】特公平３−３５７７５号公報
【特許文献６】特開平９−１７３３１号公報
【特許文献７】特開２０００−２１２２８８号公報
【特許文献８】特開２００２−１４１０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、図２３に示す荷電粒子ビーム装置５０では、試料面５２を極めて細く絞った電子ビームスポットで照射し、その電子ビームスポットに大きな値の電子ビーム電流を流すことが要求されている。電界放出型電子銃（ＦＥＧ）では、強い電界中に配置されたエミッタ電極の針状部の先端部分からの電子放出により電子ビームを出射する構成であることから、試料面５２上に極めて細く絞った電子ビームスポットを形成するために、先端部分の曲率半径の増加を招くことなくエミッタ電極の針状部をより細くすることが要求されている。
【００１０】
ところが、上記したような異方性蝕刻等によりエミッタ電極の針状部を形成する方法では、針状部を極めて細く形成することは困難であり、極めて細く絞られた電子ビームスポットを形成することは困難である。
【００１１】
本発明は、極めて細く絞った電子ビームスポットに大きな値の電子ビーム電流を流すべくエミッタ電極の先端部をエッチング（除去）加工することによりエミッタ電極の先端に極めて細い複数の針状部を形成することができる電界放出型電子銃の製造方法を提供することを目的とする。換言すると、例えば、既存のＺｒ／Ｗ熱電界放射電子銃のエミッタ電極の先端個所をエッチング（除去）加工することにより極めて細い複数の針状部を形成することができる電界放出型電子銃の製造方法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】
【００１２】
上記した課題を解決するために、請求項１に記載の電界放出型電子銃の製造方法は、電子ビームの出射のための複数分割エミッタ電極を備える電界放出型電子銃の製造方法であって、前記エミッタ電極の先端部に集束イオンビームを照射して該先端部を除去加工することにより、該先端部に互いに独立しかつ電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項１に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記エミッタ電極は、タングステンの単結晶からなることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項１または請求項２に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記各針状部の先端は、前記出射方向と直交する同一の基準平面内に位置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の電界放出型電子銃の製造方法は、電子ビームの出射のための複数分割エミッタ電極を備える電界放出型電子銃の製造方法であって、前記エミッタ電極の先端部に互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成するために、前記エミッタ電極の前記先端部に前記出射方向と略直交する方向から集束イオンビームを照射して前記エミッタ電極の先端を除去加工することにより、該先端を前記基準平面と同一面上に位置する平坦面とする平坦面形成工程と、前記エミッタ電極の前記先端部に、前記各針状部に相当する個所を除く個所を集束イオンビームで照射して除去加工を行うことにより、前記各針状部を形成する針状部形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項４に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記エミッタ電極は、タングステンの単結晶からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項６の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項４または請求項５に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記針状部形成工程は、前記エミッタ電極の前記先端部に集束イオンビームの照射による除去加工を行うことにより、該先端部を、前記針状部に相当する個所を含み、かつ互いに独立して前記出射方向に伸長する複数の延在柱部分に分割する分割工程を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項７の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項６に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記分割工程は、前記出射方向に略沿う方向から前記エミッタ電極の前記平坦面へ向けて集束イオンビームを照射して、前記エミッタ電極の前記先端部における前記各延在柱部分に相当する個所を除く個所を除去して分割溝部分を形成することにより、前記各延在柱部分に分割する先端照射分割工程であることを特徴とする。
【００１９】
請求項８の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項７に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記先端照射分割工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の前記エミッタ電極の外方への飛散を可能とする除去排出空間を形成しつつ前記エミッタ電極の前記先端部における前記分割溝部分に相当する個所を集束イオンビームで照射することを特徴とする。
【００２０】
請求項９の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項４ないし請求項８のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記針状部形成工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の再付着により生じる加工深さの差異をなくすように集束イオンビームの照射位置およびドーズ量を適宜変更することを特徴とする。
【００２１】
請求項１０の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記針状部形成工程は、前記先端照射分割工程の前に、前記エミッタ電極の前記平坦面における前記各針状部の先端に相当する個所に荷電粒子ビームを用いてデポジション膜を設ける針状部先端被覆工程を行うことを特徴とする。
【００２２】
請求項１１の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項６に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記分割工程は、前記出射方向に略直交する方向から前記エミッタ電極の前記先端部の側面へ向けて集束イオンビームを照射して、該先端部を前記直交方向に貫通するように前記エミッタ電極の前記先端部における前記各延在柱部分に相当する個所を除く個所を除去して分割溝部分を形成することにより、前記各延在柱部分に分割する側面照射分割工程であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項１１に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記側面照射分割工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の前記エミッタ電極の外方への飛散を可能とする除去排出空間を形成しつつ前記エミッタ電極の前記先端部における前記分割溝部分に相当する個所を集束イオンビームで照射することを特徴とする。
【００２４】
請求項１３の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項４ないし請求項１２のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記針状部形成工程は、前記分割工程の後、前記出射方向に略沿う方向から前記エミッタ電極の前記平坦面へ向けて集束イオンビームで照射して、分割された前記各延在柱部分の内、前記針状部に相当する個所を除く個所を除去することにより、前記各針状部の外形形状を整える針状部整形工程を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項１４の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、集束イオンビームによる除去加工は、反応性ガスを用いて行うアシストエッチングであることを特徴とする。
【００２６】
請求項１５の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項１４に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記反応性ガスは、フッ化キセノンであることを特徴とする。
【００２７】
請求項１６の電界放出型電子銃は、請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法が用いられたことを特徴とする。
【００２８】
請求項１７の荷電粒子ビーム装置は、請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の製造方法により製造された電界放出型電子銃を備えることを特徴とする。
【００２９】
請求項１８の電界放出型電子銃の再生方法は、使用済みのエミッタ電極の針状部またはエミッタ電極の針状部の先端部分を有する電界放出型電子銃を回収し、回収した電界放出型電子銃のエミッタ電極またはエミッタ電極の針状部に請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の製造方法を適用することにより、回収した電界放出型電子銃を再生することを特徴とする。
【００３０】
請求項１９の電界放出型電子銃は、請求項１８に記載の再生方法を用いて再生されたことを特徴とする。
【００３１】
請求項２０の荷電粒子ビーム装置は、請求項１８に記載の再生方法を用いて再生された電界放出型電子銃を備えることを特徴とする。
【００３２】
請求項２１の複数分割エミッタ電極は、電界放出型電子銃に用いられるエミッタ電極であって、先端部には、集束イオンビームの照射による除去加工が施されることにより、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長し、かつそれぞれの先端が前記出射方向と直交する同一の基準平面内に位置し、ついで各々が電子ビームの出射個所となる複数の針状部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
以上により、本発明によれば、エミッタ電極の先端部のエッチング（除去）加工の手段として、集束イオンビームの照射による除去加工を用いることから、エミッタ電極の先端部が極めて細い微少な個所であるにも拘わらず、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成することができる。これは、集束イオンビームによる照射スポットは、電子ビームの出射個所として求められる大きさ寸法に対して極めて小さな数ｎｍ〜数十ｎｍの直径寸法であることによる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００３５】
図１は、本発明に係る荷電粒子ビーム装置の一例としての電子ビーム照射装置１０を模式的に示す。電子ビーム照射装置１０は、本実施例では、電界放出型（電界放射型）電子銃（ＦＥＧ：Ｆｉｅｌｄ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｇｕｎ）で構成された電子ビーム源１と、第１のコンデンサレンズ２と、第２のコンデンサレンズ３と、対物レンズ４とを備える。この第１のコンデンサレンズ２、第２のコンデンサレンズ３および対物レンズ４は、電子ビーム照射装置１０における電子光学系を構成している。なお、電子光学系は、本実施例に限定されるものではない。
【００３６】
電子ビーム照射装置１０では、電子ビーム源１（電界放出型電子銃（ＦＥＧ））から電子ビームが出射され、この電子ビームが電子光学系となる第１のコンデンサレンズ２、第２のコンデンサレンズ３および対物レンズ４を経てウェハ等の試料５に照射される。本実施例では、電子ビーム照射装置１０は、図示を略すが、２次電子検出装置、画像表示装置等を備える走査電子顕微鏡であり、１次電子としての電子ビームが照射されることにより試料５から放出される２次電子を２次電子検出装置等（図示せず）で検出し、この検出した２次電子に基づいて得られた２次電子画像を画像表示装置等（図示せず）により表示することにより、この２次電子画像に基づく試料５の観察評価を可能にする。
【００３７】
電子ビーム照射装置１０の電子ビーム源１には、電界放出型電子銃（ＦＥＧ）の一例として、特開平６−８４４５２号公報に記載された（段落番号００１０〜００１３参照）熱電界放射陰極（熱陰極電界放射型（ＴＦＥ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の電子銃）を用いることができる。図２は、上述した公報の熱陰極電界放射型（ＴＦＥ）の電子銃２０を概略的に示す構成図であり、図３は、図２のＴＦＥ電子銃２０のエミッタ電極としての針状電極２１の近傍を拡大して示す模式的な構成図であり、図４は、針状電極２１の近傍を拡大して示す模式的な斜視図である。
【００３８】
ＴＦＥ電子銃２０は、針状電極２１と、サプレッサー電極２２と、タングステンワイヤ２３と、碍子２４と、金属製支柱２５と、ネジ２６とを有する。
【００３９】
針状電極２１は、軸方位が＜１００＞方位からなるタングステン単結晶で形成され、ジルコニウムと酸素とからなる被覆層が設けられている。ＴＦＥ電子銃２０では、針状電極２１の位置を寸法精度良く固定するために、針状電極２１がサプレッサー電極２２に組み込まれている。
【００４０】
針状電極２１は、タングステンワイヤ２３に溶接固定されて支持されている。タングステンワイヤ２３の両端部は、電気絶縁性の碍子２４を通して固定された２つの金属製支柱２５に溶接固定されている。サプレッサー電極２２は、碍子２４にネジ２６で締め付け固定されている。針状電極２１は、タングステンワイヤ２３を介して加熱可能とされ、かつタングステンワイヤ２３を介してサプレッサー電極２２との間で所定の電位差が付与可能とされている。また、針状電極２１には、図３に示すように、ジルコニウム源２７が付着されており、先端部２８（先端２８ａ）にジルコニウムの拡散供給が可能とされている。
【００４１】
ＴＦＥ電子銃２０では、サプレッサー電極２２とタングステンワイヤ２３との間に電位差が与えられることにより、針状電極２１の先端２８ａが強力な電界中に配置されることとなり、針状電極２１の先端２８ａから電子が放出され、電子ビームを出射する。この出射された電子ビームは、図示は略すがエミッタ電極と試料５（もしくはエミッタ電極から見て試料５側となる個所）との間（以下加速電極という）に付与された電位差（加速電圧）により加速されて試料５へ向かうこととなる。このＴＦＥ電子銃２０では、エミッタ電極としての針状電極２１の先端部２８に複数の針状部３０（図１および図８参照）が本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法により形成されている。これを以下で説明する。なお、以下の説明では、針状電極２１の延在方向（電子ビームの出射方向）をＺ軸方向とし、このＺ軸方向に直交する平面をＸ−Ｙ平面とする。
【００４２】
本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法では、集束イオンビームの照射による除去加工により、エミッタ電極（本実施例では針状電極２１）の先端部に互いに独立しかつ電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成するものである。
【００４３】
先ず、タングステン単結晶で形成された針状電極２１の先端部２８に横方向からミリング加工を施すことにより、針状電極２１の先端２８ａを平坦面（２９）とする平坦面形成工程（図５参照）を行う。ここで、本実施例では、針状電極２１の先端部２８が、先細り形状すなわち全体に錐体形状とされている。この平坦面形成工程では、図５に示すように、針状電極２１の先端部２８を集束イオンビームＩａでＸ−Ｙ平面に大略沿う方向から照射して物理的なスパッタリング現象による加工である除去加工することにより、針状電極２１の先端個所２８ｂを取り除いてＸ−Ｙ平面と平行な平坦面（２９）を形成する。この平坦面形成工程により、針状電極２１の先端部２８近傍が截頭円錐形状とされ、平坦な先端面２９が形成される。この先端面２９は、所望の特性の電子ビームを出射できるように、大きさ寸法、位置、個数等が適宜設定される後述する針状部３０（所定の領域３１）に適合するものとされ、基準平面と同一平面上に位置するように形成される。この基準平面とは、後述するように各針状部３０の先端位置を同一平面上に位置させるための基準となる面であり、Ｘ−Ｙ平面と平行であれば、サプレッサー電極２２から見た各針状部３０までの間隔に基づいて設定するものであってもよく、加速電極から見た各針状部３０までの間隔に基づいて設定するものであってもよい。特に、本実施例では、針状電極２１の先端部２８が全体に錐体形状とされていることから、Ｚ軸方向で見た形成位置を適宜調節することで、容易に後述する針状部３０（所定の領域３１）に適合する径寸法とすることができる。この平坦面形成工程の後、集束イオンビームの照射による除去加工により、先端部２８に各針状部３０を形成する針状部形成工程を行う。
【００４４】
ここで、集束イオンビームの照射による除去加工では、以下で述べる特性があることから、特に針状部形成工程では当該特性を考慮しつつ集束イオンビームを照射する必要がある。ここで、図６は、１つ目の特性を説明するための集束イオンビームの照射状態を示す斜視図であり、図７は、図６に示すＩ−Ｉ線に沿って得られた模式的な断面図であり、図８は、図６に示すＩ−Ｉ線に沿って得られ図７とは異なる場面を示す模式的な断面図である。また、図９は、２つ目の特性を説明するための照射角度を説明する説明図であり、図１０は、図９の照射角度に対する除去加工の際の除去量比率を模式的に示すグラフである。さらに、図１１は、両特性を考慮しつつ集束イオンビームを照射する方法を説明するための模式的な斜視図であり、図１２は、図１１に示すII−II線に沿って得られた模式的な断面図であり、図１３ないし図１５は、図１１に示すII−II線に沿って得られ他の図とは異なる場面を示す模式的な断面図である。
【００４５】
まず、１つ目の特性について説明する。図６に示すように、上記した先端部２８が全体に錐体形状とされた針状電極２１（試料）の先端面２９に、その中心個所へ向けてＺ軸方向に沿って集束イオンビームＩを照射したとする。すると、照射個所では、試料（本実施例ではタングステン単結晶からなる針状電極２１）を構成する原子がはじき出されるスパッタリング現象が生じる。このため、針状電極２１の先端部２８には、物理的なスパッタリング現象により、照射領域（以下イオン照射スポット４０とする）のみが除去加工されて、イオン照射スポット４０の面積と略一致する上面を有しＺ軸方向に伸長する円柱状の除去空間４１が形成される（図６ないし図８参照）。ところが、図６ないし図８に示すような集束イオンビームIの一様な照射による除去加工では、針状電極２１の先端部２８にイオン照射スポット４０に沿う円柱状の除去空間４１が形成されていくが（図７参照）、図８に示すように、除去空間４１の長さ寸法をある一定の深さ寸法Ｃｄよりも長くすることができなくなる、換言するとある一定の深さ寸法Ｃｄを超えて除去加工をすることができなくなってしまう。この一定の深さ寸法Ｃｄは、試料の材質等の条件により異なるが、一般的にイオン照射スポット４０の直径の４〜５倍である。これは、次のことが考えられる。
【００４６】
集束イオンビームの照射による除去加工では、はじき出された原子が加工表面に衝突すると当該衝突個所に付着して試料を再構成してしまう特性があり、これを再付着という。このことから、照射個所からはじき出された原子が除去空間４１から試料（針状電極２１）の外方へと逃げている場合（図７矢印ａ１参照（理解容易のための模式的な図示であり、実際のものとは異なる））では除去加工により除去空間４１の深さ寸法を長くすることができるが、イオン照射スポット４０に対する深さ寸法が一定の深さ寸法Ｃｄに到達すると、照射個所からはじき出された原子が除去空間４１から試料（針状電極２１）の外方へと逃げることができず（図８矢印ａ２参照（理解容易のための模式的な図示であり、実際のものとは異なる））に再付着が生じてしまう。すると、照射個所ではスパッタリング現象が生じていても、除去空間４１の内方では除去加工により深さ寸法を長くすることができなくなってしまうこととなる。
【００４７】
この１つ目の特性を回避しつつ除去加工を行うために、照射個所からはじき出された原子が、加工表面に衝突することなく試料（針状電極２１）の外方へと逃げるための除去排出空間４２（図１２参照）を形成しつつ除去加工を行うことが考えられる。この除去排出空間４２は、除去加工により深さ寸法を長くすることができなくなってしまうことを防止するために、照射個所からはじき出された原子が加工表面に衝突することなく試料（針状電極２１）の外方へと逃げることができるものであればよい。
【００４８】
次に、２つ目の特性について説明する。図９に示すように、試料（本実施例ではタングステン単結晶からなる針状電極２１）の照射面に対して直交する方向を基準として、その基準方向に対する傾斜角度を照射角度とする。すなわち、照射角度は、試料の照射面に対して直交する方向が０°となり、当該照射面に平行となる方向（照射できず）が９０°となる。すると、集束イオンビームの一様な照射による除去加工では、図１０に示すように、照射個所における除去加工の際の除去量（除去加工により切削する量）比率は、照射角度が０°の際を１とすると、照射角度が６０°〜７０°辺りから飛躍的に上昇し、８５°の辺りで１０となり、９０°では０となる。なお、ここでは、再付着が生じていないものとする。
【００４９】
この２つ目の特性すなわち照射角度により除去量に差異が生じることから、図１１に示すように、試料の照射面に対し直交する方向（Ｚ軸方向）から集束イオンビームを照射した場合であっても、当該イオン照射スポット４０が形成された個所の平面度合い（例えば、既にスパッタリング現象が生じてＸ−Ｙ平面と平行ではない個所（凹凸等も含む）が形成されている等）により、相対的に照射角度が大きくなって除去加工の度合い（切削した長さ寸法）に差異が生じてしまうこととなる。このことは、集束イオンビームによるイオン照射スポット４０が、数ｎｍ〜数十ｎｍの直径寸法であることから、針状電極２１の先端部２８に複数の針状部３０を形成する除去加工では、集束イオンビームによる照射個所を移動させる必要があり、この移動に伴ってイオン照射スポット４０の内方には、既に除去加工が施された個所（相対的に照射角度が大きくなる）と、未だ除去加工されていない個所（照射角度が０°）とが混在するので、重要となる。
【００５０】
以上の２つの特性、すなわち再付着の問題と、照射角度による除去量の差異の問題とを考慮しつつ集束イオンビームを照射して針状部形成工程を行うこととなる。この２つの特性を考慮した集束イオンビームによる除去加工の一例として、本実施例の針状部形成工程では、図１１ないし図１５に示す照射方法が採用されている。
【００５１】
図１１に示すように、集束イオンビームＩをＺ軸方向に沿う方向で針状電極２１の先端面２９を照射（先端面２９に対する照射角度０°）しつつ、照射個所を適宜移動しながら針状電極２１の先端部２８を除去加工するものとする。この集束イオンビームＩによる照射個所は、針状電極２１の先端面２９における一方の周縁部２９ａ（実線で示す集束イオンビームＩ参照）から、中心個所を経て他方の周縁部２９ｂ（２点鎖線で示す集束イオンビームＩ参照）に至るように移動（走査）させる（矢印Ａ１参照）ものとする。ここで、集束イオンビームＩによる走査は、本実施例では、矢印Ａ１と直交する方向に所望の加工幅に応じてライン走査を行いつつ、当該ライン走査位置を矢印Ａ１方向に移動させている（ラスタースキャン）。このことから、矢印Ａ１が帯状の走査のフレーム走査方向となる。
【００５２】
針状電極２１の先端面２９の一方の周縁部２９ａの周辺が集束イオンビームＩで照射された除去加工により、先端部２８では、図１２に示すように、一方の周縁部２９ａ側の側面２８ｅの近傍が最も深い加工深さとなりかつ先端面２９の中央へ向けて急速に加工深さが浅くなる加工表面４３となる。これは、照射角度による除去量の差異が大きく影響している。このとき、加工個所（加工表面４３の各々の個所）からはじき出された原子は、除去加工前に側面２８ｅが存在していた方向（Ｘ−Ｙ平面に沿う方向）へと向かうことにより、加工表面４３に衝突することなく針状電極２１の外方へと逃げることができ（図１２矢印ａ３参照（理解容易のための模式的な図示であり、実際のものとは異なる））、再付着の問題は殆ど生じない。このことから、この例では、除去されることにより形成された空間、換言すると加工表面４３から除去加工前に先端面２９および側面２８ｅが存在していた個所に至るまでの空間が除去排出空間４２として機能することとなる。ここで、加工表面４３において、最も深い加工深さとなる側面２８ｅの近傍が所望の加工深さＰｄに到達したら、集束イオンビームＩによる照射個所を先端面２９の中央側へ移動させていく（矢印Ａ１、２点鎖線で示す集束イオンビームＩ、二点鎖線で示す矢印Ａ２参照）。
【００５３】
すると、図１３に示すように、針状電極２１の加工表面４３が中心位置に近づく。この際、除去排出空間４２が形成されている（矢印ａ４参照（理解容易のための模式的な図示であり、実際のものとは異なる））ことから加工個所における除去加工は円滑に行うことができるが、針状電極２１の加工表面４３において除去排出空間４２を画成する個所、すなわち実際に照射されている加工個所よりも一方の周縁部２９ａ側に位置する加工表面４３ａが、再付着（矢印ａ５参照（理解容易のための模式的な図示であり、実際のものとは異なる））により所望の加工深さＰｄよりも高く（Ｚ軸方向を高さ方向として）なる。引き続き、加工個所が所望の加工深さＰｄに到達させつつ、集束イオンビームＩによる照射個所を先端面２９の他方の周縁部２９ｂ側へ移動させていく（矢印Ａ２、２点鎖線で示す集束イオンビームＩ、二点鎖線で示すＡ３参照）。
【００５４】
これにより、図１４に示すように、集束イオンビームＩが先端面２９の他方の周縁部２９ｂの近傍を照射する時点では、加工表面４３は、他方の周縁部２９ｂに最も近い個所が加工深さＰｄとされており、かつ再付着により一方の周縁部２９ａに近づくにつれて高くなるような傾斜面４３ｂとなっている。
【００５５】
その後、傾斜面４３ｂとなっている個所を適宜集束イオンビームＩで照射することにより、図１５に示すように、加工表面４３を全体に渡って所望の加工深さＰｄとする。
【００５６】
上述したように、照射角度による除去量の差異を利用しつつ再付着の問題を避けるように集束イオンビームによる除去加工を行うことにより、針状電極２１の先端部２８を効率良く所望の形状とすることができる。詳細には、集束イオンビームＩの照射方向をＺ軸方向としつつ周縁部２９ａ側から先端面２９（Ｘ−Ｙ平面）を照射することにより、集束イオンビームＩの照射個所（イオン照射スポット４０（図６ないし図８参照））内にＺ軸方向で照射される集束イオンビームＩに対する照射角度が大きくなる個所（Ｘ−Ｙ平面に平行ではない個所）を常に形成し、照射角度による除去量の差異を利用して除去加工に要する時間を短縮するとともに、周縁部２９ａ側から中央個所を経て他方の周辺部２９ｂへ至るように集束イオンビームＩの照射個所を移動させることにより、常に加工表面４３に通じる除去排出空間４２を形成していることとなり、除去加工の際に再付着に起因して加工深さ寸法を長くすることができなくなることを防止している。このように、集束イオンビームＩの照射位置移動させることに伴って、集束イオンビームＩのドーズ量を適宜調整することにより、さらに効率良く所望の形状とすることができる。
【００５７】
上記した照射方法を用いて集束イオンビームの照射による除去加工での針状部形成工程が行われる。先端面２９をその垂直方向（Ｚ軸方向）からみた平面図を図１６に示す。
【００５８】
本実施例の針状部形成工程では、先ず、図１６に示すように、先端面２９に、少なくとも２つ以上（図１６では４つ）の所定の領域３１を設定する。この各領域３１は、後述するように、針状部３０の先端となる個所であり、先端面２９をＺ軸方向から見た際の針状電極２１における針状部３０の設定位置となる個所である（図１７および図１８参照）。
【００５９】
次に、先端部２８において各針状部３０に相当する個所を少なくとも１つ含む複数の延在柱部分２８ｃ（本実施例としての図１７では各々が針状部３０に相当する個所を１つずつ含む４つ）を設定し、換言すると、先端面２９において各領域３１を少なくとも１つ含む複数の区画個所２８ｄ（本実施例としての図１７では各々が領域３１を１つずつ含む４つ）を設定する。
【００６０】
次に、図１７に示すように、針状電極２１の先端部２８における４つの延在柱部分２８ｃを除く個所（３２）、すなわち先端面２９における４つの区画個所２８ｄを除く個所（３２ａ（図１６に十字状の２点鎖線参照））を、Ｚ軸方向から針状電極２１のエッチングが可能な強度の集束イオンビームＩｂで照射する。この照射による除去加工の方法は、上記したように、先端面２９において一方の周縁部から中心を経て他方の周縁部へと至るように行い（矢印Ａ４および矢印Ａ５参照）、照射個所の加工状況に応じて適宜ドーズ量を調整する。当該照射方法で先端面２９における４つの区画個所２８ｄを除く個所（３２ａ（図１６に十字状の２点鎖線参照））を満遍なく照射するように走査（本実施例では上述したラスタースキャン）することにより、本実施例では、４つの延在柱部分２８ｃ（区画個所２８ｄ）を除く個所が除去されて分割溝部分４４が形成され、先端部２８が分割溝部分４４により４つの延在柱部分２８ｃ（区画個所２８ｄ）に分割される。
【００６１】
この集束イオンビームＩｂの走査により、針状電極２１の先端部２８は、Ｚ軸方向で見て略等しい深さの分割溝部分４４により平坦面である先端面２９の一部である区画個所２８ｄを先端に有する４つの延在柱部分２８ｃに、すなわち互いに等しい長さ寸法（Ｚ軸方向で見て）でかつ等しい先端形状の４つの延在柱部分２８ｃに分割されることとなる。このように、ここまでの工程、すなわち、各領域３１およびそこに対応する各延在柱部分２８ｃを設定し、先端面２９へのＺ軸方向からの集束イオンビームの照射により先端部２８の除去加工を行うことが、本発明の電界放出型電子銃の製造方法において、針状電極２１の先端部２８の各領域３１を先端としてＺ軸方向に延在する複数の延在柱部分２８ｃ（本実施例では４つ）に分割する先端照射分割工程となる。
【００６２】
この先端照射分割工程の後、Ｚ軸方向から各延在柱部分２８ｃに集束イオンビームＩｂを照射して、各延在柱部分２８ｃにおいて所定の領域３１のみが残存するように走査し、すなわち各延在柱部分２８ｃの先端面（２８ｄ）において領域３１を除く総ての領域を走査する。これにより、針状電極２１の先端部２８では、各領域３１を先端面としてＺ軸方向に延在する個所（２点鎖線で示す符号３０参照）のみが残存されることとなり、この各残存個所が複数（本実施例では４つ）の針状部３０（図１８および図１９参照）となる。このように、先端照射分割工程の後、集束イオンビームＩｂの照射による各延在柱部分２８ｃに部分的な除去加工（エッチング加工）を行うことが、本発明の電界放出型電子銃の製造方法において、先端照射分割工程により分割された各延在柱部分２８ｃを各領域３１に適合する所望の外形形状に整えて各針状部３０を成形する針状部整形工程となる。なお、この針状部整形工程は、先端照射分割工程で形成された各延在部分を所望の外形形状に整えて各針状部を形成する工程であることから、先端照射分割工程で形成された各延在部分が各針状部として適当な外形形状を呈していれば、行わなくてもよい。また、針状電極２１（エミッタ電極）の延在方向に対する集束イオンビームの照射方向の変更は、集束イオンビーム照射装置（図示せず）からの集束イオンビームの出射方向を変更することでも実行することが可能であるが、針状電極２１（エミッタ電極）の姿勢を適宜変更することで容易に実行することができる。このように針状電極２１（エミッタ電極）の姿勢を適宜変更することにより針状電極２１（エミッタ電極）の延在方向に対する集束イオンビームの照射方向を変更する場合、図２に示すＴＦＥ電子銃２０として組み付けられた状態のまま行うことができ、より容易にかつ針状電極２１（エミッタ電極）を傷めることなく姿勢変更を行うことを可能とする。
【００６３】
ここで、実際に本発明に係る製造方法を実施したところ、図１８および図１９（写真）に示すように、針状電極２１の先端部２８に４本の針状部３０を形成することができた。図１８および図１９の例は、先端照射分割工程において、針状電極２１の先端面２９に４個所の等しい面積の領域３１を格子状に設定（図１６参照）したものである。ここで、図１８に示すように、各針状部３０は、先端が略等しい面上に位置している。これは、針状部形成工程の先端照射分割工程に先立って平坦面形成工程で針状電極２１に先端面２９を形成することにより、先端照射分割工程で形成される各延在柱部分２８ｃの先端に相当する個所が平坦な先端面２９として予め均一に形成されていることによる。また、各針状部３０は、略等しい長さ寸法（図１８参照）で、かつ略等しい径寸法とされている（図１９参照）。これは、集束イオンビームによるイオン照射スポットは、数ｎｍ〜数十ｎｍの直径寸法であるとともに、このイオン照射スポットによる照射位置を適宜設定することができることによる。
【００６４】
このように、集束イオンビームは極めて狭い範囲を照射することができることから、本発明の電界放出型電子銃の製造方法では、所定の領域３１を極めて小さく設定して、当該各領域３１を除く個所を取り除くように除去加工を施せば、極めて細い針状部３０を針状電極２１の先端面２９に形成することができる。
【００６５】
よって、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法では、針状電極２１の先端部２８にエッチング加工を施して、極めて細い複数の針状部３０を針状電極２１の先端部２８に形成することができる。なお、図１８の例では、エミッタ電極としての針状電極２１の先端部２８に４本の針状部３０を形成したが、例えば、図１に示す電子ビーム源１のように互いに等しい９本の針状部を格子状に形成してもよく、上記した例に限定されるものではない。
【００６６】
このようにして製造されたＴＦＥ電子銃２０は、エネルギー幅の極めて微小なビームを高輝度に発生させることができ、極めて細く絞った電子ビームスポットに大きな値の電子ビーム電流を流すことができる。
【００６７】
本実施例の電子ビーム照射装置１０では、図１に示すように、電子ビーム源１がエミッタ電極としての針状電極２１（図３および図４参照）の先端に等間隔３×３すなわち縦３列、横３列で正方形を描く９個（図２０（ａ）参照）の微細な針状部３０とされてフィールドエミッションアレイを構成している。ここで、本実施例では、９個の針状部３０が描く正方形の一辺が略１μｍとされており、後述する複数の電子ビーム源による電子ビーム発生領域の直径寸法すなわち電子ビーム源１の複数の針状部３０（本実施例では９つ）の設定領域の直径寸法Ｄが１μｍ強（略１．４μｍ）とされている。
【００６８】
なお、フィールドエミッションアレイの各針状部３０は、１列でも任意の行列数でもよい。すなわち、フィールドエミッションアレイの複数の電子ビーム源（各針状部３０）は、縦横３個ずつの合計９個である必要はなく、縦横２個ずつ配置された電子ビーム源でもよく、縦横４個、５個、・・・であってもよい。さらに、正方形状に配置される必要もなく、縦横２個×３個、３個×４個、・・・であってもよく、円形状（図２０（ｂ）参照）に配置されていてもよい。ここで、電子ビーム源１は、その光軸（各針状部３０から出射される複数の電子ビームの中心位置）に対して垂直な面上において、光軸を中心とする点対称をなす配置関係となるように、各針状部３０が設けられていることが望ましい。
【００６９】
電子ビーム照射装置１０では、図１に示すように、電子ビーム源１の各針状部３０から微細な電子ビームが出射され、この電子ビームが第１のコンデンサレンズ２および第２のコンデンサレンズ３を通過する。第２のコンデンサレンズ３を通過した複数の電子ビームは、円形の破線で囲まれた範囲を拡大して示しているように、各々が縮小されてウェハ等の試料５の面上に１個の微小なスポット（照射領域）を形成する。
【００７０】
電子ビーム源１のフィールドエミッションアレイの各針状部３０は、電子ビーム源１からの電子ビームが試料５の面上に結像する領域と、電子ビームの収差等によるボケとを略同等にするように構成または設定されている。言い換えると、縮小光学系（電子光学系）のトータル倍率（縮小系）をβ、光源における、複数の電子ビーム源を含めた大きさをＤ、収差などを含めた縮小光学系のスポット径（光源を１個の無限小の線源とした場合）をｄとして、ｄ＞β＊Ｄを満たすように構成または設定されている。このようにすれば、複数の電子ビーム源は、試料５の面上で重畳する。
【００７１】
図２１は、複数の電子ビームが重畳された様子を模式的に示す正面図である。電子ビーム照射装置１０では、縦横３個×３個のフィールドエミッションアレイとされた電子ビーム源１の各針状部３０（図２０（ａ）参照）からの電子ビームが第２のコンデンサレンズ３を通過することにより、各針状部３０からの各電子ビームが縦横３個×３個の各照射領域Ｂで試料５の面上を照射することとなり、各照射領域Ｂの周囲にはボケの領域Ｓ（ボケの径またはボケのスポット径）が生じている。電子ビーム照射装置１０では、前述した構成または設定により、電子ビーム源１の各針状部３０からの各電子ビーム（Ｂ）のボケの範囲Ｓが、各電子ビームの照射範囲Ｂの間の隙間を埋めることとなる。換言すると、電子ビーム照射装置１０では、電子ビーム源１の９つの針状部３０から出射された９つの電子ビームの照射領域のそれぞれが試料５の面上でぼやけて、あたかも１つのビームが作り出した１つの点状の照射領域Ｔ（図２１の二点鎖線参照）で試料５の面上を照射することとなる。なお、図２１の下方に示すグラフは、電子ビーム源１からの電子ビームの強度分布を模式的に示しており、小さな山は各電子ビームによる照射領域Ｂの強度分布を示し、大きな山は各電子ビームが重ねられて形成された電子ビーム源１からの電子ビームの強度分布、すなわち１つの点状のビームとして試料５の面に照射される照射領域Ｔの強度分布を示している。
【００７２】
ここで、電子ビーム照射装置１０では、複数の電子ビーム源による電子ビーム発生領域の直径寸法すなわち電子ビーム源１の複数の針状部３０（本実施例では９つ）の設定領域の直径寸法Ｄと、電子ビーム源１から出射された電子ビームが１つの点状のビームとして試料５の面を照射する照射領域Ｔの直径寸法ｄ（スポット径の直径寸法）との比が所望の割合であるように構成されている。ここで、直径寸法Ｄが電子ビーム源１の複数の針状部３０の設定領域であることから、上記した本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法の先端照射分割工程において所定の領域３１（図１６参照）を設定する際に、試料５の面上での電子ビーム源１からの電子ビームによる照射領域Ｔを勘案することで、容易に直径寸法Ｄと直径寸法ｄとの比を所望の割合とすることができる。また、平坦面形成工程において、照射領域Ｔを勘案して設定された所定の領域３１（図１６参照）に基づいて、先端面２９の径寸法を設定することは言うまでもない。
【００７３】
これにより、電子ビーム照射装置１０では、電子ビーム源１の各針状部３０から出射された複数の電子ビーム（本実施例では９つ）が、試料５の面上ではあたかも１つの点状ビームによる照射領域Ｔを形成する構成であるので、従来の電子ビーム照射装置に比較して、小さなビーム径でも大きな電子ビーム電流を得ることができる。
【００７４】
また、本発明に係る製造方法では、上記したように、平坦面形成工程でエミッタ電極の先端に平坦な先端面を形成し、先端照射分割工程で先端面に集束イオンビームを照射して除去加工することにより先端部を分割することにより、エミッタ電極をエッチングしてその先端に針状部を形成するものであることから、使用された電界放出型電子銃（ＦＥＧ）を再生するために適用することができる。この電界放出型電子銃（ＦＥＧ）の再生方法について、以下に説明する。
【００７５】
電界放出型電子銃（ＦＥＧ）は、使用されることにより、電子が放出されるエミッタ電極の先端が当初成形された状態から変化することが知られている。電界放出型電子銃（ＦＥＧ）では、極めて細く形成されたエミッタ電極の先端に強い電界をかけることにより、エミッタ電極の先端から電子を放出させるものであることから、エミッタ電極の先端が磨耗すると、出射される電子ビームの特性が当初設定された特性から変化したり、電子ビームを出射できなくなったりしてしまう。そこで、使用によりエミッタ電極の先端が磨耗した電界放出型電子銃（ＦＥＧ）を回収し、エミッタ電極を取り出す。ここで、取り出すエミッタ電極は、電位差を与えられることにより電子が放出される側の電極であり、上記した実施例では針状電極２１（図３参照）がこれに相当する。また、例えば、特許文献５のようなフィールドエミッション型の電子銃では、後述するように、各陰極電極をエミッタ電極とみなすことができ、あるいは各陰極電極が設けられた導電性基板をエミッタ電極とみなすことができる。
【００７６】
先ず、取り出したエミッタ電極に対し平坦面形成工程を行う。すなわち、エミッタ電極の先端部にＸ−Ｙ平面に沿う方向から集束イオンビームを照射して、エミッタ電極の先端を平坦面とする。ここで、先端面に対して垂直な方向が針状部の延在方向となることから、このことを勘案して先端面を形成することが望ましい。
【００７７】
次に、先端照射分割工程を行う。すなわち、エミッタ電極の先端面に複数の所定の領域（所定の領域３１に相当）と、当該領域を少なくとも１つ含む延在柱部分（延在柱部分２８ｃに相当）と、その延在柱部分に対応する先端面における複数の区画個所（区画個所２８ｄに相当）とを設定する。その後、集束イオンビームの特性を考慮しつつエミッタ電極の先端面に集束イオンビームをＺ軸方向から照射し、先端面における複数の区画個所を除く個所を満遍なく照射するように走査する。これにより、エミッタ電極の先端に複数の延在柱部分を形成することができ、当該各延在柱部分に適宜針状部整形工程を実行することにより、エミッタ電極の先端に針状部を形成することができる。この先端照射分割工程の際、所定の領域は、ＦＥＧを動作させた際に所望の電子ビームの特性を得ることができるように、少なくとも２つ以上設定すればよい。ここで、上記したＴＦＥ電子銃２０と同様の設定として電子ビーム照射装置１０の電子ビーム源１に適用すると、電子ビーム照射装置１０と同様に複数の針状部から出射された複数の電子ビームが、試料の面上では１つの点状ビームを形成する構成とすることができることはいうまでもない。
【００７８】
よって、本発明に係る製造方法を適用すれば、エミッタ電極の先端の磨耗により所望の特性の電子ビームを出射することができなくなった電界放出型電子銃（ＦＥＧ）を再生、再利用することができる。このように、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法を適用した再生方法では、使用によりエミッタ電極の先端が磨耗してしまった電界放出型電子銃（ＦＥＧ）をエミッタ電極の先端に所望の針状部を形成することができ、電界放出型電子銃（ＦＥＧ）すなわちそれを備える荷電粒子ビーム装置の再生利用を可能とする。
【００７９】
なお、上記した本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法を適用した再生方法の例では、使用によりエミッタ電極の先端が磨耗してしまった電界放出型電子銃（ＦＥＧ）を回収して再生していたが、エミッタ電極の先端が磨耗したものに限定されるものではなく、例えば、出射される電子ビームの特性を変化させることに利用することもできる。また、本発明に係る再生方法は、本発明に係る製造方法の一適用例である。
【００８０】
以上説明したように、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法では、エミッタ電極の先端部のエッチング（除去）加工の手段として、集束イオンビームの照射による除去加工を用いることから、エミッタ電極の先端部が極めて細い微少な個所であるにも拘わらず、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成することができる。これは、集束イオンビームによる照射スポットは、電子ビームの出射個所として求められる大きさ寸法に対して極めて小さな数ｎｍ〜数十ｎｍの直径寸法であることによる。このことから、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法では、所定の領域３１を極めて小さく設定して、当該各領域３１を除く個所を取り除くように除去加工（エッチング加工）を施せば、エミッタ電極の先端（上記した実施例では、針状電極２１の先端部２８）に極めて細い複数の針状部を形成することができる。
【００８１】
また、本発明に係る製造方法では、平坦面形成工程で針状電極２１に平坦な先端面２９を形成してから、先端照射分割工程で設定した各領域３１を含む領域（２８ｄ）毎に分割して各延在柱部分２８ｃを形成して、各針状部３０を形成することから、所定の領域３１を極めて小さく設定した場合であっても、各針状部３０の先端をＸ−Ｙ平面と平行な同一の平面（基準平面）上に位置させることができる。ここでの基準平面とは、Ｘ−Ｙ平面と平行であれば、サプレッサー電極２２から見た各針状部３０までの間隔に基づいて設定するものであってもよく、加速電極から見た各針状部３０までの間隔に基づいて設定するものであってもよい。
【００８２】
さらに、上記した製造方法では、先端照射分割工程において、針状電極２１の延在方向であるＺ軸方向からの集束イオンビームの針状電極２１の先端面２９への照射により除去加工を行っていることから、各領域３１を設定した位置に正確に合致させて各針状部３０を形成することができる。
【００８３】
上記した製造方法では、先端照射分割工程において、集束イオンビームで先端面２９を走査する際、集束イオンビームの照射による除去加工の特性を考慮した照射方法を採用し、かつ集束イオンビームのドーズ量を適宜調整しているので、再付着により生じる深さ寸法の差異をなくすことができ、所望の形状の各針状部３０を形成することができる。このことは、各針状部３０がＸ−Ｙ平面に沿う方向で見た互いの間隔に対してＺ軸方向で見た長さ寸法が大きい、すなわち各針状部３０の形成のために極めて狭い範囲を深く掘り下げるように（高いアスペクトレシオで）先端部２８を除去加工する必要があることに対し、集束イオンビームの一様な照射による除去加工では再付着により照射領域の中心個所を深くすることが困難であることから、特に有効である。
【００８４】
本発明に係る製造方法では、平坦面形成工程、先端照射分割工程および針状部整形工程のいずれも集束イオンビームを用いることから、製造のための設備を簡易なものとすることができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【００８５】
本発明に係る製造方法では、針状電極２１の先端部２８が全体に錐体形状とされていることから、平坦面形成工程において、Ｚ軸方向で見た形成位置を適宜調節することで、容易かつ適切に、電子ビームの特性に応じて設定される針状部３０（所定の領域３１）に適合する径寸法とすることができる。
【００８６】
本発明に係る製造方法では、平坦面形成工程と先端照射分割工程とで、集束イオンビームでエミッタ電極の先端面を照射する際のエミッタ電極に対する集束イオンビームの照射方向（エミッタ電極の姿勢を適宜変更することで容易に実行することができる）を変更すればよいことから、大掛かりな製造のための設備を必要とすることはなく、製造コストの増加を抑制することができ、製造の工程を容易なものとすることができる。
【００８７】
本発明に係る製造方法では、集束イオンビームの照射による除去加工を用いることにより、極めて細い微少な個所であるエミッタ電極の先端部に、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成するものであることから、既存のエミッタ電極を簡易な方法で超微細加工することができる。特に、上記した実施例では、エミッタ電極に平坦な先端面を形成（平坦面形成工程）した後、集束イオンビームをＺ軸方向からエミッタ電極の先端面に照射して適宜走査する（先端照射分割工程）ことにより、エミッタ電極の先端に所望の針状部を形成するものであることから、既存のエミッタ電極を簡易な方法で超微細加工することができる。このことから、本発明に係る製造方法を適用することにより、エミッタ電極の再生利用、このエミッタ電極を有する電界放出型電子銃（ＦＥＧ）、およびこれを備える荷電粒子ビーム装置の再生利用を可能とすることができる。
【００８８】
上記した実施例では、ＦＩＢ−ＣＶＤ（集束イオンビームを用いた化学蒸着法）を行うことができる装置を用いて集束イオンビームの照射による除去加工を行っていることから、加工表面の形状をリアルタイムで確認しつつ除去加工を行うことができるので、製造工程に要する時間を短縮できるとともに、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部をより正確に形成することができる。
【００８９】
電子ビーム照射装置１０では、複数の荷電粒子ビームが前記試料上で１つの点状ビームとされるので、従来の荷電粒子ビーム装置に比較して、小さなビーム径であっても大きな荷電粒子ビーム電流を得ることができる。
【００９０】
電子ビーム照射装置１０では、試料面上では、複数の荷電粒子ビームが縮小され、かつ重畳されて、１個のスポットを形成することができ、荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームが試料上に結像する領域と、荷電粒子ビームの収差等によるボケとを略同等にすることができる。数式で表すと、縮小光学系のトータル倍率（縮小系）をβ、光源における、複数の荷電粒子ビーム源を含めた大きさをＤ、収差などを含めた縮小光学系のスポット径（光源を１個の無限小の線源とした場合）をｄとすれば、ｄ＞β＊Ｄを満たすようにすれば、複数の荷電粒子ビーム源は、試料面上で重畳することになり、荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームが試料上に結像する領域と、荷電粒子ビームの収差等によるボケとを略同等にするように構成することができる。
【００９１】
本発明に係る製造方法により形成された電界放出型電子銃（ＦＥＧ）およびこれを備える電子ビーム照射装置１０では、出射される電子ビームのスポット（照射領域）を極めて細く絞ることができると共に、このスポットで大きな電子ビーム電流を流すことができる。
【００９２】
電子ビーム照射装置１０では、複数の荷電粒子ビーム源による荷電粒子ビーム発生領域の直径と、荷電粒子ビームが試料上に収束されたときのスポット径との比が所望の割合であるように構成することができる。これにより、複数の荷電粒子ビームが縮小され、かつ重畳されて、１個のスポットを形成することができる。
【００９３】
電子ビーム照射装置１０では、試料面上では、複数の荷電粒子ビームが縮小され、かつ重畳されて、１個のスポットを形成することができ、複数の荷電粒子ビーム源からの複数の荷電粒子ビームが試料上に収束された理想的な大きさを、荷電粒子ビームの収差等によるボケの範囲以下とすることができる。
【００９４】
したがって、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法によれば、簡易な方法でエミッタ電極に極めて細い針状部を形成することができる。
【００９５】
なお、上記した実施例では、平坦面形成工程の後の針状部形成工程における分割工程として、Ｚ軸方向からの集束イオンビームの照射による除去加工によりエミッタ電極（上記した実施例では針状電極２１）の先端部を分割して複数の針状部を形成する先端照射分割工程を行うものであったが、上記した実施例に限定されるものではない。この分割工程としての他の例を側面照射分割工程とし、この側面照射分割工程について以下で説明する。
【００９６】
側面照射分割工程では、先端照射分割工程と同様に、先端面２９に少なくとも２つ以上（この例では先端照射分割工程と同様に４つとする）の所定の領域３１を設定する（図１６参照）。この後、先端照射分割工程とは異なり、図２２に示すように、各領域３１からＺ軸方向に延在する複数の延在領域（３０）を設定する。この複数の延在領域（３０）が、各領域３１を先端としてＺ軸方向に延在する針状部３０の存在位置となる個所（針状部３０として残存される個所）である。その後、先端照射分割工程と同様に、延在領域（３０）を少なくとも１つ含む延在柱部分（この例では、各々が１つの延在領域（３０）を含む４つの延在柱部分２８ｃ´）を設定する。
【００９７】
次に、針状電極２１の先端部２８における各延在柱部分２８ｃ´を除く個所に、Ｘ−Ｙ平面に沿う方向から針状電極２１の先端部２８の側面２８ｅに向けてかつ針状電極２１の中心を通るように集束イオンビームＩｂ´を照射する。この集束イオンビームＩｂ´は、先端照射分割工程の集束イオンビームＩｂと同様に針状電極２１のエッチングが可能な強度とされる。この集束イオンビームＩｂ´の照射による除去加工の方法は、上記した実施例と同様に、集束イオンビームの照射による除去加工の特性を考慮しつつ行う。すなわち、集束イオンビームＩｂ´の照射位置を、針状電極２１の先端部２８の側面２８ｅにおいて、先端面２９側からＺ軸方向に沿って移動させ（矢印Ａ６および矢印Ａ７参照）、かつ照射個所の加工状況に応じて適宜ドーズ量を調整する。この側面照射分割工程では、先端照射分割工程とは異なり、集束イオンビームＩｂ´の照射による除去加工により、Ｘ−Ｙ平面に沿う方向から針状電極２１の先端部２８の側面２８ｅ向けて照射していることから、針状電極２１の中心を通りつつ当該針状電極２１を貫通させつつ先端面２９側からＺ軸方向に沿って移動させる（矢印Ａ６および矢印Ａ７参照）。このように移動させることにより、Ｘ−Ｙ平面に沿う（針状電極２１の側面に略直交する）方向からの集束イオンビームＩｂ´に対する加工表面の照射角度が常に大きくなるので、除去加工に要する時間を短縮することができる。また、加工表面から除去加工が施されることにより除去された先端面２９および側面２８ｅに相当する個所が、はじき出された原子が針状電極２１の外方への除去排出空間として機能することとなるので、常に加工表面に通じる除去排出空間が形成されていることとなり、除去加工の際に再付着に起因して加工深さ寸法を長くすることができなくなることを防止することができる。
【００９８】
側面照射分割工程では、上記した照射方法で、先端部２８における４つの延在柱部分２８ｃ´を除く個所（符号４４´で示す分割溝部分に相当する箇所）を満遍なく照射するように走査する。詳細には、この例では、延在領域（３０）が、先端面２９において４つの等しい円形状の領域３１が互いに等間隔にかつ先端面２９の中心から等間隔に設定された各領域３１からＺ軸方向に延在するように設定されていることから、針状電極２１の中心軸線を通りつつ各延在領域（３０）を避けるように、針状電極２１の側面に対して互いに直交する２つの方向から走査される（矢印Ａ６および矢印Ａ７参照）。この走査の一例として、矢印Ａ６および矢印Ａ７を帯状の走査のフレーム走査方向としてラスタースキャンを行う。この針状電極２１の側面に対する２つの方向からの走査の際、針状電極２１をＸ−Ｙ平面に沿って貫通するように集束イオンビームＩｂ´の照射による除去加工を行う。この集束イオンビームＩｂ´の走査により、４つの延在柱部分２８ｃ´を除く個所が除去されて分割溝部分４４´が形成され、先端部２８が分割溝部分４４´により４つの延在柱部分２８ｃ´に分割される。この工程、すなわち、各領域３１を設定し、各領域３１からＺ軸方向に延在する複数の延在領域（３０）を設定し、延在領域（３０）を少なくとも１つ含む延在柱部分（この例では、各々が１つの延在領域（３０）を含む４つの延在柱部分２８ｃ´）を設定し、Ｘ−Ｙ平面に沿う方向からの集束イオンビームの照射により先端部２８の除去加工を行うことが、本発明の電界放出型電子銃の製造方法において、針状電極２１の先端部２８を、各領域３１を先端としてＺ軸方向に延在する複数の延在柱部分２８ｃ（本実施例では４つ）に分割する側面照射分割工程となる。この側面照射分割工程の後、先端照射分割工程を行った場合と同様に、適宜針状部整形工程を実行して、各延在領域（３０）を所望の外形形状に整えることにより、各針状部３０を形成することができる。
【００９９】
また、上記した実施例では、エミッタ電極の例として針状電極２１（図３参照）が示され、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法により針状電極２１の先端部２８に複数の針状部３０を形成していたが、エミッタ電極は電位差を与えられることにより電子が放出される側の電極であればよく、上記した実施例に限定されるものではない。例えば、エミッタ電極は、図２３に示す従来の荷電粒子ビーム装置５０に設けられた針状部５１であってもよく、特許文献５のようなフィールドエミッション型の電子銃の各陰極電極であってもよく、特許文献５のフィールドエミッション型の電子銃の各陰極電極が設けられた導電性基板であってもよい。これは、特許文献５のようなフィールドエミッション型の電子銃では、各陰極電極の先端から電子が放出されるものであることから、各陰極電極をエミッタ電極とみなして当該各陰極電極の先端に針状部を形成してもよく、導電性基板をエミッタ電極とみなして各陰極電極としての針状部を導電性基板に形成してもよいことによる。なお、特許文献５のような導電性基板をエミッタ電極とみなす場合、導電性基板が板形状であることから針状部を形成したい側の平面を上記した先端面とみなして本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法（上記した実施例では先端照射分割工程、針状部整形工程および側面照射分割工程）を適宜行えばよい。
【０１００】
さらに、上記した実施例の針状部形成工程において、分割工程（上記した例では、先端照射分割工程および側面照射分割工程）の前に、エミッタ電極の先端面の所定の領域に保護膜を形成する針状部先端被覆工程を行う構成としてもよい。この一例を以下で説明する。針状電極２１の周辺をカーボン（Ｃ）ガス（炭素を含む反応ガス：例えばピレン（Ｃ１６Ｈ１０、フェナントレン(Ｃ１４Ｈ１０)、ナフタレン（Ｃ１０Ｈ８））の雰囲気とし、この雰囲気中においてＺ軸方向から集束イオンビームで針状電極２１の先端面２９における各領域３１のみを行き渡るように局所的に照射する。この集束イオンビームは、カーボン（Ｃ）を堆積させるに足りる強度とする。これにより、針状電極２１の先端面２９にその垂直方向から見て所定の領域３１を覆うようにカーボン（Ｃ）を堆積させることができ、このカーボン（Ｃ）が後述するように保護膜として機能する。このカーボン（Ｃ）は、荷電粒子ビームを用いて各領域３１に設けられたデポジション膜となる。ここで、集束イオンビームは、極めて小さな領域であっても局所的に照射することが可能であることから、極めて小さな所定の領域３１を覆うカーボン（Ｃ）を針状電極２１の先端面２９に堆積させることができる。なお、この針状部先端被覆工程における集束イオンビームの強度は、針状電極２１のエッチングを意図しない強度、すなわち針状電極２１へのダメージを極力少なくすることができる強度とすることが望ましい。この針状電極２１の先端面２９に堆積されたカーボン（Ｃ）は、集束イオンビームＩｂが針状電極２１にダメージを与えることを防止する、すなわち保護膜として機能する。しかしながら、実際に、タングステン単結晶からなるエミッタ電極の先端面の所定の領域にカーボン（Ｃ）を堆積させることなく、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法を実施したところ、ＦＩＢ照射による結晶ダメージ等の影響を受けることなく、適切な形状および強度の針状部を形成することができたことから、タングステン単結晶からなるエミッタ電極に本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法により互いに独立してＺ軸方向（電子ビームの出射方向）に伸長する複数の針状部を形成する場合、針状部先端被覆工程は行わなくてよい。なお、このＦＩＢ照射による結晶ダメージ等の影響の有無は、使用開始前に高温で加熱処理を行う工程で確認することができた。
【０１０１】
上記した実施例の側面照射分割工程は、集束イオンビームの照射による除去加工の際、針状電極２１の側面に対して互いに直交する２つの方向から針状電極（エミッタ電極）の先端部を貫通することにより、当該先端部を４つの延在柱部分２８ｃに分割するものであることから、針状電極２１の側面を一方の方向から照射した後、針状電極２１を９０°回転させて他方の方向から照射することで容易に実行することができる。このことから、例えば、針状電極（エミッタ電極）の先端部を６つの延在部分に分割する場合、針状電極を適宜６０°回転させることで容易に実行することができ、針状電極（エミッタ電極）の先端部を８つの延在部分に分割する場合、針状電極を適宜４５°回転させることで容易に実行することができる。
【０１０２】
上記した実施例では、平坦面形成工程および針状部形成工程（先端照射分割工程、針状部整形工程、側面照射分割工程）を行うことにより、エミッタ電極（針状電極２１）の先端部２８に複数の針状部３０を形成していたが、集束イオンビームを照射して生じる物理的なスパッタリング現象による加工を利用した除去加工により、先端部に互いに独立しかつ電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成するものであればよく、上記した実施例に限定されるものではない。ここで、平坦面形成工程は、形成する複数の針状部の先端を容易に同一平面上に位置させることができることから、採用することが望ましい。また、針状部形成工程の分割工程（先端照射分割工程および側面照射分割工程）は、複数の針状部を形成する際の除去加工に要する時間を削減する一例であることから適宜採用すればよい。
【０１０３】
上記した実施例では、針状部形成工程（特に先端照射分割工程および側面照射分割工程）において、集束イオンビームの照射による除去加工の特性を考慮した一例としての照射方法が採用されていたが、再付着の問題を避けるように集束イオンビームの照射による除去加工を行うものであればよく、上記した実施例に限定されるものではない。
【０１０４】
上記した実施例では、熱陰極電界放射型（ＴＦＥ）の電子銃が示されていたが、電界放出型電子銃（ＦＥＧ）であれば、例えば、冷陰極電界放射型（ＣＦＥ：Ｃｏｌｄ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の電子銃であっても本発明の電界放出型電子銃の製造方法を適用することができ、上記した実施例に限定されるものではない。
【０１０５】
上記した実施例では、電子ビーム照射装置として走査電子顕微鏡が示されていたが、本発明の電界放出型電子銃の製造方法により製造された電界放出型電子銃（ＦＥＧ）を備えるものであれば、例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、描画装置、半導体製造・検査装置等であってもよく、上記した実施例に限定されるものではない。
【０１０６】
上記した実施例では、集束イオンビームを照射して生じる物理的なスパッタリング現象による加工を利用した除去加工により、平坦面形成工程および針状部形成工程（先端照射分割工程、針状部整形工程、側面照射分割工程）を行っていたが、上記した実施例に限定されるものではなく、集束イオンビームの照射に際し反応性ガスを用いて行うアシストエッチングとすることができる。この一例として、タングステン（Ｗ）からなるエミッタ電極にＸｅＦ２（フッ化キセノン）ガスを用いてアシストエッチングを行った場合、物理的なスパッタリング現象による加工を利用した除去加工に比較して略７倍程度の加工速度を得ることができるとともに、反応生成物であるＷＦ６（フッ化タングステン）は揮発性があることから再付着の問題が生じることがないので、各針状部の形成のために極めて狭い範囲を深く掘り下げるように（高いアスペクトレシオで）先端部を除去加工することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明に係る電子ビーム照射装置を模式的に示す概略構成図およびその部分拡大図である。
【図２】本発明に係る電子ビーム照射装置が有する熱陰極電界放射型の電子銃の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図２に一点鎖線で示す範囲Ｐの部分的な拡大図である。
【図４】本発明に係る電子ビーム照射装置が有する熱陰極電界放射型の電子銃の針状電極の周辺を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法における平坦面形成工程における集束イオンビームによる走査の様子を説明するための模式的な説明図である。
【図６】１つ目の特性（再付着に起因する問題）を説明するための集束イオンビームの照射状態を示す斜視図である。
【図７】図６に示すＩ−Ｉ線に沿って得られた断面図である。
【図８】図６に示すＩ−Ｉ線に沿って得られた断面図であり、図７とは異なる場面を示す。
【図９】２つ目の特性（照射角度に応じた除去量の差異）を説明するための照射角度を説明する説明図である。
【図１０】図９の照射角度に対する除去加工の除去量比率を模式的に示すグラフである。
【図１１】両特性を考慮しつつ集束イオンビームを照射する方法を説明するための模式的な斜視図である。
【図１２】図１１に示すII−II線に沿って得られた断面図である。
【図１３】図１１に示すII−II線に沿って得られた断面図であり、図１２とは異なる場面を示す。
【図１４】図１１に示すII−II線に沿って得られた断面図であり、図１２および図１３とは異なる場面を示す。
【図１５】図１１に示すII−II線に沿って得られた断面図であり、図１２ないし図１４とは異なる場面を示す。
【図１６】本発明に係る電子ビーム照射装置が有する熱陰極電界放射型の電子銃の針状電極の先端面を示す平面図である。
【図１７】本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法における先端照射分割工程における集束イオンビームによる走査の様子を説明するための模式的な説明図である。
【図１８】本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法により製造された針状部を示す斜視図（写真）である。
【図１９】本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法により製造された針状部を示す上面図（写真）である。
【図２０】本発明に係る電子ビーム照射装置の電子ビーム源を示す模式的な正面図であり、（ａ）は本実施例の構成を表し、（ｂ）は他の例を表している。
【図２１】本発明に係る電子ビーム照射装置により照射された試料の面上における各電子ビームおよびそのボケの範囲を示しており、下方に示したグラフは、エミッタの配列方向に沿う方向から見た電子ビームの強度分布を示している。
【図２２】本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法における側面照射分割工程における集束イオンビームによる走査の様子を説明するための模式的な説明図である。
【図２３】従来の電子ビーム照射装置を模式的に示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０ （荷電粒子ビーム装置としての）電子ビーム照射装置
２０ （電界放出型電子銃としての）熱陰極電界放射型（ＴＦＥ）の電子銃
２１ （エミッタ電極としての）針状電極
２８ 先端部
２８ａ 先端
２８ｃ 延在柱部分
２９ 先端面
３０ 針状部
３１ 所定の領域
I、Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｂ´ 集束イオンビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エミッタ電極に設けられた針状部を強い電界中に配置することにより、針状部から電子を放出させる電界放出型電子銃の製造方法、その製造方法により製造された電界放出型電子銃、その電界放出型電子銃を備える荷電粒子ビーム装置、電界放出型電子銃の再生方法、その再生方法により再生された電界放出型電子銃およびその電界放出型電子銃を備える荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エミッタ電極に設けられた針状部の先端の曲率半径が０．５〜数μｍとされた電界放出型電子銃（ＦＥＧ：Ｆｉｅｌｄ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｇｕｎ）が荷電粒子ビーム源として用いられた、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、描画装置、半導体製造・検査装置等の荷電粒子ビーム装置に広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２３は、従来の荷電粒子ビーム装置５０の一例を示す。荷電粒子ビーム装置５０は、図示を略す電界放出型電子銃（以下、ＦＥＧともいう）を備え、ＦＥＧから出射される電子ビームを利用するものである。このＦＥＧは、そのエミッタ電極（図示せず）に設けられた針状部５１の先端個所５１ａの直径Ｄが０．２μｍ程度とされ、その先端個所５１ａの周辺に強い電界を形成することにより、先端個所５１ａから電子放出させて電子ビームを出射する。この出射された電子ビームは、図示は略すがエミッタ電極と試料面５２（もしくはエミッタ電極から見て試料面５２側となる個所）との間に付与された電位差（加速電圧）により加速されて試料面５２へ向かうこととなる。荷電粒子ビーム装置５０では、針状部５１から出射された電子ビーム（荷電粒子ビーム）がレンズ系で縮小されて試料面５２に照射され、この照射箇所の直径ｄが５ｎｍとされて１０ｎＡ程度の電子ビーム電流が流れている。
【０００４】
ところで、このような電界放出型電子銃（ＦＥＧ）には、エミッタ電極の針状部を結晶方位が＜１００＞方位のタングステン単結晶針状とし、その針状部の先端にジルコニウムと酸素とからなる被膜層が設けられたＺｒ／Ｗ熱電界放射電子銃が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
このような単結晶針状の針状部の製造方法の一つとして、例えば特許文献４に示すように、異方性蝕刻等により針状部の先端部分にファセット面である｛１００｝面にて三方向より囲んだ三角錐状の微小突起を複数形成することが考えられている（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
また、ＦＥＧには、エミッタ電極に複数の針状部がアレイ状に設けられたフィールドエミッション形電子銃（例えば、特許文献５参照）が知られており、このようなフィールドエミッタアレイ（以下、ＦＥＡともいう）の製造方法として、異方性エッチングを行うことにより、エミッタ電極となるシリコン基板に針状部としてのエミッタコーンをアレイ状に形成すると共に、絶縁マスクでエミッタコーンおよびシリコン基板を覆うことが知られている（例えば、特許文献６参照）。
【０００７】
さらに、エミッタを加熱すると共に、加熱されたエミッタから電子を引き出すようにした熱電界放出型電子銃において、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落とした熱電界放出型電子銃や、比較的大きな先端半径を有したエミッタ先端に比較的小さな先端半径を有したエミッタを形成した熱電界放出型電子銃が知られている（例えば、特許文献７参照）。
【０００８】
ついで、単一のショットキーシールドの内部に複数のＴＦＥエミッタ（熱電界放出型エミッタ）を直線状に配置し、複数のＴＦＥエミッタの陰極先端をショットキーシールドの電子放出穴の位置に合わせた構造を有する熱電界放出型電子銃が知られている（例えば、特許文献８参照）。なお、この特許文献８の実施例では、ショットキーシールドに幅約２００μｍ、長さ約６００μｍの電子放出穴が設けられ、この略中央に４本のＴＦＥエミッタが一列に配置されて構成されている。
【特許文献１】特開２００３−１３２８３４号公報
【特許文献２】特開平１１−３５４００７号公報
【特許文献３】特公平６−２８１４２号公報
【特許文献４】特開昭５６−１２３６３９号公報
【特許文献５】特公平３−３５７７５号公報
【特許文献６】特開平９−１７３３１号公報
【特許文献７】特開２０００−２１２２８８号公報
【特許文献８】特開２００２−１４１０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、図２３に示す荷電粒子ビーム装置５０では、試料面５２を極めて細く絞った電子ビームスポットで照射し、その電子ビームスポットに大きな値の電子ビーム電流を流すことが要求されている。電界放出型電子銃（ＦＥＧ）では、強い電界中に配置されたエミッタ電極の針状部の先端部分からの電子放出により電子ビームを出射する構成であることから、試料面５２上に極めて細く絞った電子ビームスポットを形成するために、先端部分の曲率半径の増加を招くことなくエミッタ電極の針状部をより細くすることが要求されている。
【００１０】
ところが、上記したような異方性蝕刻等によりエミッタ電極の針状部を形成する方法では、針状部を極めて細く形成することは困難であり、極めて細く絞られた電子ビームスポットを形成することは困難である。
【００１１】
本発明は、極めて細く絞った電子ビームスポットに大きな値の電子ビーム電流を流すべくエミッタ電極の先端部をエッチング（除去）加工することによりエミッタ電極の先端に極めて細い複数の針状部を形成することができる電界放出型電子銃の製造方法を提供することを目的とする。換言すると、例えば、既存のＺｒ／Ｗ熱電界放射電子銃のエミッタ電極の先端個所をエッチング（除去）加工することにより極めて細い複数の針状部を形成することができる電界放出型電子銃の製造方法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】
【００１２】
上記した課題を解決するために、請求項１に記載の電界放出型電子銃の製造方法は、電子ビームの出射のための複数分割エミッタ電極を備える電界放出型電子銃の製造方法であって、前記エミッタ電極の先端部に集束イオンビームを照射して該先端部を除去加工することにより、該先端部に互いに独立しかつ電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項１に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記エミッタ電極は、タングステンの単結晶からなることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項１または請求項２に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記各針状部の先端は、前記出射方向と直交する同一の基準平面内に位置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の電界放出型電子銃の製造方法は、電子ビームの出射のための複数分割エミッタ電極を備える電界放出型電子銃の製造方法であって、前記エミッタ電極の先端部に互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成するために、前記エミッタ電極の前記先端部に前記出射方向と略直交する方向から集束イオンビームを照射して前記エミッタ電極の先端を除去加工することにより、該先端を前記基準平面と同一面上に位置する平坦面とする平坦面形成工程と、前記エミッタ電極の前記先端部に、前記各針状部に相当する個所を除く個所を集束イオンビームで照射して除去加工を行うことにより、前記各針状部を形成する針状部形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項４に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記エミッタ電極は、タングステンの単結晶からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項６の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項４または請求項５に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記針状部形成工程は、前記エミッタ電極の前記先端部に集束イオンビームの照射による除去加工を行うことにより、該先端部を、前記針状部に相当する個所を含み、かつ互いに独立して前記出射方向に伸長する複数の延在柱部分に分割する分割工程を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項７の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項６に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記分割工程は、前記出射方向に略沿う方向から前記エミッタ電極の前記平坦面へ向けて集束イオンビームを照射して、前記エミッタ電極の前記先端部における前記各延在柱部分に相当する個所を除く個所を除去して分割溝部分を形成することにより、前記各延在柱部分に分割する先端照射分割工程であることを特徴とする。
【００１９】
請求項８の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項７に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記先端照射分割工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の前記エミッタ電極の外方への飛散を可能とする除去排出空間を形成しつつ前記エミッタ電極の前記先端部における前記分割溝部分に相当する個所を集束イオンビームで照射することを特徴とする。
【００２０】
請求項９の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項４ないし請求項８のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記針状部形成工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の再付着により生じる加工深さの差異をなくすように集束イオンビームの照射位置およびドーズ量を適宜変更することを特徴とする。
【００２１】
請求項１０の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記針状部形成工程は、前記先端照射分割工程の前に、前記エミッタ電極の前記平坦面における前記各針状部の先端に相当する個所に荷電粒子ビームを用いてデポジション膜を設ける針状部先端被覆工程を行うことを特徴とする。
【００２２】
請求項１１の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項６に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記分割工程は、前記出射方向に略直交する方向から前記エミッタ電極の前記先端部の側面へ向けて集束イオンビームを照射して、該先端部を前記直交方向に貫通するように前記エミッタ電極の前記先端部における前記各延在柱部分に相当する個所を除く個所を除去して分割溝部分を形成することにより、前記各延在柱部分に分割する側面照射分割工程であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項１１に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記側面照射分割工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の前記エミッタ電極の外方への飛散を可能とする除去排出空間を形成しつつ前記エミッタ電極の前記先端部における前記分割溝部分に相当する個所を集束イオンビームで照射することを特徴とする。
【００２４】
請求項１３の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項４ないし請求項１２のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記針状部形成工程は、前記分割工程の後、前記出射方向に略沿う方向から前記エミッタ電極の前記平坦面へ向けて集束イオンビームで照射して、分割された前記各延在柱部分の内、前記針状部に相当する個所を除く個所を除去することにより、前記各針状部の外形形状を整える針状部整形工程を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項１４の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、集束イオンビームによる除去加工は、反応性ガスを用いて行うアシストエッチングであることを特徴とする。
【００２６】
請求項１５の電界放出型電子銃の製造方法は、請求項１４に記載の電界放出型電子銃の製造方法であって、前記反応性ガスは、フッ化キセノンであることを特徴とする。
【００２７】
請求項１６の電界放出型電子銃は、請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法が用いられたことを特徴とする。
【００２８】
請求項１７の荷電粒子ビーム装置は、請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の製造方法により製造された電界放出型電子銃を備えることを特徴とする。
【００２９】
請求項１８の電界放出型電子銃の再生方法は、使用済みのエミッタ電極の針状部またはエミッタ電極の針状部の先端部分を有する電界放出型電子銃を回収し、回収した電界放出型電子銃のエミッタ電極またはエミッタ電極の針状部に請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の製造方法を適用することにより、回収した電界放出型電子銃を再生することを特徴とする。
【００３０】
請求項１９の電界放出型電子銃は、請求項１８に記載の再生方法を用いて再生されたことを特徴とする。
【００３１】
請求項２０の荷電粒子ビーム装置は、請求項１８に記載の再生方法を用いて再生された電界放出型電子銃を備えることを特徴とする。
【００３２】
請求項２１の複数分割エミッタ電極は、電界放出型電子銃に用いられるエミッタ電極であって、先端部には、集束イオンビームの照射による除去加工が施されることにより、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長し、かつそれぞれの先端が前記出射方向と直交する同一の基準平面内に位置し、ついで各々が電子ビームの出射個所となる複数の針状部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
以上により、本発明によれば、エミッタ電極の先端部のエッチング（除去）加工の手段として、集束イオンビームの照射による除去加工を用いることから、エミッタ電極の先端部が極めて細い微少な個所であるにも拘わらず、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成することができる。これは、集束イオンビームによる照射スポットは、電子ビームの出射個所として求められる大きさ寸法に対して極めて小さな数ｎｍ〜数十ｎｍの直径寸法であることによる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００３５】
図１は、本発明に係る荷電粒子ビーム装置の一例としての電子ビーム照射装置１０を模式的に示す。電子ビーム照射装置１０は、本実施例では、電界放出型（電界放射型）電子銃（ＦＥＧ：Ｆｉｅｌｄ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｇｕｎ）で構成された電子ビーム源１と、第１のコンデンサレンズ２と、第２のコンデンサレンズ３と、対物レンズ４とを備える。この第１のコンデンサレンズ２、第２のコンデンサレンズ３および対物レンズ４は、電子ビーム照射装置１０における電子光学系を構成している。なお、電子光学系は、本実施例に限定されるものではない。
【００３６】
電子ビーム照射装置１０では、電子ビーム源１（電界放出型電子銃（ＦＥＧ））から電子ビームが出射され、この電子ビームが電子光学系となる第１のコンデンサレンズ２、第２のコンデンサレンズ３および対物レンズ４を経てウェハ等の試料５に照射される。本実施例では、電子ビーム照射装置１０は、図示を略すが、２次電子検出装置、画像表示装置等を備える走査電子顕微鏡であり、１次電子としての電子ビームが照射されることにより試料５から放出される２次電子を２次電子検出装置等（図示せず）で検出し、この検出した２次電子に基づいて得られた２次電子画像を画像表示装置等（図示せず）により表示することにより、この２次電子画像に基づく試料５の観察評価を可能にする。
【００３７】
電子ビーム照射装置１０の電子ビーム源１には、電界放出型電子銃（ＦＥＧ）の一例として、特開平６−８４４５２号公報に記載された（段落番号００１０〜００１３参照）熱電界放射陰極（熱陰極電界放射型（ＴＦＥ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の電子銃）を用いることができる。図２は、上述した公報の熱陰極電界放射型（ＴＦＥ）の電子銃２０を概略的に示す構成図であり、図３は、図２のＴＦＥ電子銃２０のエミッタ電極としての針状電極２１の近傍を拡大して示す模式的な構成図であり、図４は、針状電極２１の近傍を拡大して示す模式的な斜視図である。
【００３８】
ＴＦＥ電子銃２０は、針状電極２１と、サプレッサー電極２２と、タングステンワイヤ２３と、碍子２４と、金属製支柱２５と、ネジ２６とを有する。
【００３９】
針状電極２１は、軸方位が＜１００＞方位からなるタングステン単結晶で形成され、ジルコニウムと酸素とからなる被覆層が設けられている。ＴＦＥ電子銃２０では、針状電極２１の位置を寸法精度良く固定するために、針状電極２１がサプレッサー電極２２に組み込まれている。
【００４０】
針状電極２１は、タングステンワイヤ２３に溶接固定されて支持されている。タングステンワイヤ２３の両端部は、電気絶縁性の碍子２４を通して固定された２つの金属製支柱２５に溶接固定されている。サプレッサー電極２２は、碍子２４にネジ２６で締め付け固定されている。針状電極２１は、タングステンワイヤ２３を介して加熱可能とされ、かつタングステンワイヤ２３を介してサプレッサー電極２２との間で所定の電位差が付与可能とされている。また、針状電極２１には、図３に示すように、ジルコニウム源２７が付着されており、先端部２８（先端２８ａ）にジルコニウムの拡散供給が可能とされている。
【００４１】
ＴＦＥ電子銃２０では、サプレッサー電極２２とタングステンワイヤ２３との間に電位差が与えられることにより、針状電極２１の先端２８ａが強力な電界中に配置されることとなり、針状電極２１の先端２８ａから電子が放出され、電子ビームを出射する。この出射された電子ビームは、図示は略すがエミッタ電極と試料５（もしくはエミッタ電極から見て試料５側となる個所）との間（以下加速電極という）に付与された電位差（加速電圧）により加速されて試料５へ向かうこととなる。このＴＦＥ電子銃２０では、エミッタ電極としての針状電極２１の先端部２８に複数の針状部３０（図１および図８参照）が本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法により形成されている。これを以下で説明する。なお、以下の説明では、針状電極２１の延在方向（電子ビームの出射方向）をＺ軸方向とし、このＺ軸方向に直交する平面をＸ−Ｙ平面とする。
【００４２】
本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法では、集束イオンビームの照射による除去加工により、エミッタ電極（本実施例では針状電極２１）の先端部に互いに独立しかつ電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成するものである。
【００４３】
先ず、タングステン単結晶で形成された針状電極２１の先端部２８に横方向からミリング加工を施すことにより、針状電極２１の先端２８ａを平坦面（２９）とする平坦面形成工程（図５参照）を行う。ここで、本実施例では、針状電極２１の先端部２８が、先細り形状すなわち全体に錐体形状とされている。この平坦面形成工程では、図５に示すように、針状電極２１の先端部２８を集束イオンビームＩａでＸ−Ｙ平面に大略沿う方向から照射して物理的なスパッタリング現象による加工である除去加工することにより、針状電極２１の先端個所２８ｂを取り除いてＸ−Ｙ平面と平行な平坦面（２９）を形成する。この平坦面形成工程により、針状電極２１の先端部２８近傍が截頭円錐形状とされ、平坦な先端面２９が形成される。この先端面２９は、所望の特性の電子ビームを出射できるように、大きさ寸法、位置、個数等が適宜設定される後述する針状部３０（所定の領域３１）に適合するものとされ、基準平面と同一平面上に位置するように形成される。この基準平面とは、後述するように各針状部３０の先端位置を同一平面上に位置させるための基準となる面であり、Ｘ−Ｙ平面と平行であれば、サプレッサー電極２２から見た各針状部３０までの間隔に基づいて設定するものであってもよく、加速電極から見た各針状部３０までの間隔に基づいて設定するものであってもよい。特に、本実施例では、針状電極２１の先端部２８が全体に錐体形状とされていることから、Ｚ軸方向で見た形成位置を適宜調節することで、容易に後述する針状部３０（所定の領域３１）に適合する径寸法とすることができる。この平坦面形成工程の後、集束イオンビームの照射による除去加工により、先端部２８に各針状部３０を形成する針状部形成工程を行う。
【００４４】
ここで、集束イオンビームの照射による除去加工では、以下で述べる特性があることから、特に針状部形成工程では当該特性を考慮しつつ集束イオンビームを照射する必要がある。ここで、図６は、１つ目の特性を説明するための集束イオンビームの照射状態を示す斜視図であり、図７は、図６に示すＩ−Ｉ線に沿って得られた模式的な断面図であり、図８は、図６に示すＩ−Ｉ線に沿って得られ図７とは異なる場面を示す模式的な断面図である。また、図９は、２つ目の特性を説明するための照射角度を説明する説明図であり、図１０は、図９の照射角度に対する除去加工の際の除去量比率を模式的に示すグラフである。さらに、図１１は、両特性を考慮しつつ集束イオンビームを照射する方法を説明するための模式的な斜視図であり、図１２は、図１１に示すII−II線に沿って得られた模式的な断面図であり、図１３ないし図１５は、図１１に示すII−II線に沿って得られ他の図とは異なる場面を示す模式的な断面図である。
【００４５】
まず、１つ目の特性について説明する。図６に示すように、上記した先端部２８が全体に錐体形状とされた針状電極２１（試料）の先端面２９に、その中心個所へ向けてＺ軸方向に沿って集束イオンビームＩを照射したとする。すると、照射個所では、試料（本実施例ではタングステン単結晶からなる針状電極２１）を構成する原子がはじき出されるスパッタリング現象が生じる。このため、針状電極２１の先端部２８には、物理的なスパッタリング現象により、照射領域（以下イオン照射スポット４０とする）のみが除去加工されて、イオン照射スポット４０の面積と略一致する上面を有しＺ軸方向に伸長する円柱状の除去空間４１が形成される（図６ないし図８参照）。ところが、図６ないし図８に示すような集束イオンビームIの一様な照射による除去加工では、針状電極２１の先端部２８にイオン照射スポット４０に沿う円柱状の除去空間４１が形成されていくが（図７参照）、図８に示すように、除去空間４１の長さ寸法をある一定の深さ寸法Ｃｄよりも長くすることができなくなる、換言するとある一定の深さ寸法Ｃｄを超えて除去加工をすることができなくなってしまう。この一定の深さ寸法Ｃｄは、試料の材質等の条件により異なるが、一般的にイオン照射スポット４０の直径の４〜５倍である。これは、次のことが考えられる。
【００４６】
集束イオンビームの照射による除去加工では、はじき出された原子が加工表面に衝突すると当該衝突個所に付着して試料を再構成してしまう特性があり、これを再付着という。このことから、照射個所からはじき出された原子が除去空間４１から試料（針状電極２１）の外方へと逃げている場合（図７矢印ａ１参照（理解容易のための模式的な図示であり、実際のものとは異なる））では除去加工により除去空間４１の深さ寸法を長くすることができるが、イオン照射スポット４０に対する深さ寸法が一定の深さ寸法Ｃｄに到達すると、照射個所からはじき出された原子が除去空間４１から試料（針状電極２１）の外方へと逃げることができず（図８矢印ａ２参照（理解容易のための模式的な図示であり、実際のものとは異なる））に再付着が生じてしまう。すると、照射個所ではスパッタリング現象が生じていても、除去空間４１の内方では除去加工により深さ寸法を長くすることができなくなってしまうこととなる。
【００４７】
この１つ目の特性を回避しつつ除去加工を行うために、照射個所からはじき出された原子が、加工表面に衝突することなく試料（針状電極２１）の外方へと逃げるための除去排出空間４２（図１２参照）を形成しつつ除去加工を行うことが考えられる。この除去排出空間４２は、除去加工により深さ寸法を長くすることができなくなってしまうことを防止するために、照射個所からはじき出された原子が加工表面に衝突することなく試料（針状電極２１）の外方へと逃げることができるものであればよい。
【００４８】
次に、２つ目の特性について説明する。図９に示すように、試料（本実施例ではタングステン単結晶からなる針状電極２１）の照射面に対して直交する方向を基準として、その基準方向に対する傾斜角度を照射角度とする。すなわち、照射角度は、試料の照射面に対して直交する方向が０°となり、当該照射面に平行となる方向（照射できず）が９０°となる。すると、集束イオンビームの一様な照射による除去加工では、図１０に示すように、照射個所における除去加工の際の除去量（除去加工により切削する量）比率は、照射角度が０°の際を１とすると、照射角度が６０°〜７０°辺りから飛躍的に上昇し、８５°の辺りで１０となり、９０°では０となる。なお、ここでは、再付着が生じていないものとする。
【００４９】
この２つ目の特性すなわち照射角度により除去量に差異が生じることから、図１１に示すように、試料の照射面に対し直交する方向（Ｚ軸方向）から集束イオンビームを照射した場合であっても、当該イオン照射スポット４０が形成された個所の平面度合い（例えば、既にスパッタリング現象が生じてＸ−Ｙ平面と平行ではない個所（凹凸等も含む）が形成されている等）により、相対的に照射角度が大きくなって除去加工の度合い（切削した長さ寸法）に差異が生じてしまうこととなる。このことは、集束イオンビームによるイオン照射スポット４０が、数ｎｍ〜数十ｎｍの直径寸法であることから、針状電極２１の先端部２８に複数の針状部３０を形成する除去加工では、集束イオンビームによる照射個所を移動させる必要があり、この移動に伴ってイオン照射スポット４０の内方には、既に除去加工が施された個所（相対的に照射角度が大きくなる）と、未だ除去加工されていない個所（照射角度が０°）とが混在するので、重要となる。
【００５０】
以上の２つの特性、すなわち再付着の問題と、照射角度による除去量の差異の問題とを考慮しつつ集束イオンビームを照射して針状部形成工程を行うこととなる。この２つの特性を考慮した集束イオンビームによる除去加工の一例として、本実施例の針状部形成工程では、図１１ないし図１５に示す照射方法が採用されている。
【００５１】
図１１に示すように、集束イオンビームＩをＺ軸方向に沿う方向で針状電極２１の先端面２９を照射（先端面２９に対する照射角度０°）しつつ、照射個所を適宜移動しながら針状電極２１の先端部２８を除去加工するものとする。この集束イオンビームＩによる照射個所は、針状電極２１の先端面２９における一方の周縁部２９ａ（実線で示す集束イオンビームＩ参照）から、中心個所を経て他方の周縁部２９ｂ（２点鎖線で示す集束イオンビームＩ参照）に至るように移動（走査）させる（矢印Ａ１参照）ものとする。ここで、集束イオンビームＩによる走査は、本実施例では、矢印Ａ１と直交する方向に所望の加工幅に応じてライン走査を行いつつ、当該ライン走査位置を矢印Ａ１方向に移動させている（ラスタースキャン）。このことから、矢印Ａ１が帯状の走査のフレーム走査方向となる。
【００５２】
針状電極２１の先端面２９の一方の周縁部２９ａの周辺が集束イオンビームＩで照射された除去加工により、先端部２８では、図１２に示すように、一方の周縁部２９ａ側の側面２８ｅの近傍が最も深い加工深さとなりかつ先端面２９の中央へ向けて急速に加工深さが浅くなる加工表面４３となる。これは、照射角度による除去量の差異が大きく影響している。このとき、加工個所（加工表面４３の各々の個所）からはじき出された原子は、除去加工前に側面２８ｅが存在していた方向（Ｘ−Ｙ平面に沿う方向）へと向かうことにより、加工表面４３に衝突することなく針状電極２１の外方へと逃げることができ（図１２矢印ａ３参照（理解容易のための模式的な図示であり、実際のものとは異なる））、再付着の問題は殆ど生じない。このことから、この例では、除去されることにより形成された空間、換言すると加工表面４３から除去加工前に先端面２９および側面２８ｅが存在していた個所に至るまでの空間が除去排出空間４２として機能することとなる。ここで、加工表面４３において、最も深い加工深さとなる側面２８ｅの近傍が所望の加工深さＰｄに到達したら、集束イオンビームＩによる照射個所を先端面２９の中央側へ移動させていく（矢印Ａ１、２点鎖線で示す集束イオンビームＩ、二点鎖線で示す矢印Ａ２参照）。
【００５３】
すると、図１３に示すように、針状電極２１の加工表面４３が中心位置に近づく。この際、除去排出空間４２が形成されている（矢印ａ４参照（理解容易のための模式的な図示であり、実際のものとは異なる））ことから加工個所における除去加工は円滑に行うことができるが、針状電極２１の加工表面４３において除去排出空間４２を画成する個所、すなわち実際に照射されている加工個所よりも一方の周縁部２９ａ側に位置する加工表面４３ａが、再付着（矢印ａ５参照（理解容易のための模式的な図示であり、実際のものとは異なる））により所望の加工深さＰｄよりも高く（Ｚ軸方向を高さ方向として）なる。引き続き、加工個所が所望の加工深さＰｄに到達させつつ、集束イオンビームＩによる照射個所を先端面２９の他方の周縁部２９ｂ側へ移動させていく（矢印Ａ２、２点鎖線で示す集束イオンビームＩ、二点鎖線で示すＡ３参照）。
【００５４】
これにより、図１４に示すように、集束イオンビームＩが先端面２９の他方の周縁部２９ｂの近傍を照射する時点では、加工表面４３は、他方の周縁部２９ｂに最も近い個所が加工深さＰｄとされており、かつ再付着により一方の周縁部２９ａに近づくにつれて高くなるような傾斜面４３ｂとなっている。
【００５５】
その後、傾斜面４３ｂとなっている個所を適宜集束イオンビームＩで照射することにより、図１５に示すように、加工表面４３を全体に渡って所望の加工深さＰｄとする。
【００５６】
上述したように、照射角度による除去量の差異を利用しつつ再付着の問題を避けるように集束イオンビームによる除去加工を行うことにより、針状電極２１の先端部２８を効率良く所望の形状とすることができる。詳細には、集束イオンビームＩの照射方向をＺ軸方向としつつ周縁部２９ａ側から先端面２９（Ｘ−Ｙ平面）を照射することにより、集束イオンビームＩの照射個所（イオン照射スポット４０（図６ないし図８参照））内にＺ軸方向で照射される集束イオンビームＩに対する照射角度が大きくなる個所（Ｘ−Ｙ平面に平行ではない個所）を常に形成し、照射角度による除去量の差異を利用して除去加工に要する時間を短縮するとともに、周縁部２９ａ側から中央個所を経て他方の周辺部２９ｂへ至るように集束イオンビームＩの照射個所を移動させることにより、常に加工表面４３に通じる除去排出空間４２を形成していることとなり、除去加工の際に再付着に起因して加工深さ寸法を長くすることができなくなることを防止している。このように、集束イオンビームＩの照射位置移動させることに伴って、集束イオンビームＩのドーズ量を適宜調整することにより、さらに効率良く所望の形状とすることができる。
【００５７】
上記した照射方法を用いて集束イオンビームの照射による除去加工での針状部形成工程が行われる。先端面２９をその垂直方向（Ｚ軸方向）からみた平面図を図１６に示す。
【００５８】
本実施例の針状部形成工程では、先ず、図１６に示すように、先端面２９に、少なくとも２つ以上（図１６では４つ）の所定の領域３１を設定する。この各領域３１は、後述するように、針状部３０の先端となる個所であり、先端面２９をＺ軸方向から見た際の針状電極２１における針状部３０の設定位置となる個所である（図１７および図１８参照）。
【００５９】
次に、先端部２８において各針状部３０に相当する個所を少なくとも１つ含む複数の延在柱部分２８ｃ（本実施例としての図１７では各々が針状部３０に相当する個所を１つずつ含む４つ）を設定し、換言すると、先端面２９において各領域３１を少なくとも１つ含む複数の区画個所２８ｄ（本実施例としての図１７では各々が領域３１を１つずつ含む４つ）を設定する。
【００６０】
次に、図１７に示すように、針状電極２１の先端部２８における４つの延在柱部分２８ｃを除く個所（３２）、すなわち先端面２９における４つの区画個所２８ｄを除く個所（３２ａ（図１６に十字状の２点鎖線参照））を、Ｚ軸方向から針状電極２１のエッチングが可能な強度の集束イオンビームＩｂで照射する。この照射による除去加工の方法は、上記したように、先端面２９において一方の周縁部から中心を経て他方の周縁部へと至るように行い（矢印Ａ４および矢印Ａ５参照）、照射個所の加工状況に応じて適宜ドーズ量を調整する。当該照射方法で先端面２９における４つの区画個所２８ｄを除く個所（３２ａ（図１６に十字状の２点鎖線参照））を満遍なく照射するように走査（本実施例では上述したラスタースキャン）することにより、本実施例では、４つの延在柱部分２８ｃ（区画個所２８ｄ）を除く個所が除去されて分割溝部分４４が形成され、先端部２８が分割溝部分４４により４つの延在柱部分２８ｃ（区画個所２８ｄ）に分割される。
【００６１】
この集束イオンビームＩｂの走査により、針状電極２１の先端部２８は、Ｚ軸方向で見て略等しい深さの分割溝部分４４により平坦面である先端面２９の一部である区画個所２８ｄを先端に有する４つの延在柱部分２８ｃに、すなわち互いに等しい長さ寸法（Ｚ軸方向で見て）でかつ等しい先端形状の４つの延在柱部分２８ｃに分割されることとなる。このように、ここまでの工程、すなわち、各領域３１およびそこに対応する各延在柱部分２８ｃを設定し、先端面２９へのＺ軸方向からの集束イオンビームの照射により先端部２８の除去加工を行うことが、本発明の電界放出型電子銃の製造方法において、針状電極２１の先端部２８の各領域３１を先端としてＺ軸方向に延在する複数の延在柱部分２８ｃ（本実施例では４つ）に分割する先端照射分割工程となる。
【００６２】
この先端照射分割工程の後、Ｚ軸方向から各延在柱部分２８ｃに集束イオンビームＩｂを照射して、各延在柱部分２８ｃにおいて所定の領域３１のみが残存するように走査し、すなわち各延在柱部分２８ｃの先端面（２８ｄ）において領域３１を除く総ての領域を走査する。これにより、針状電極２１の先端部２８では、各領域３１を先端面としてＺ軸方向に延在する個所（２点鎖線で示す符号３０参照）のみが残存されることとなり、この各残存個所が複数（本実施例では４つ）の針状部３０（図１８および図１９参照）となる。このように、先端照射分割工程の後、集束イオンビームＩｂの照射による各延在柱部分２８ｃに部分的な除去加工（エッチング加工）を行うことが、本発明の電界放出型電子銃の製造方法において、先端照射分割工程により分割された各延在柱部分２８ｃを各領域３１に適合する所望の外形形状に整えて各針状部３０を成形する針状部整形工程となる。なお、この針状部整形工程は、先端照射分割工程で形成された各延在部分を所望の外形形状に整えて各針状部を形成する工程であることから、先端照射分割工程で形成された各延在部分が各針状部として適当な外形形状を呈していれば、行わなくてもよい。また、針状電極２１（エミッタ電極）の延在方向に対する集束イオンビームの照射方向の変更は、集束イオンビーム照射装置（図示せず）からの集束イオンビームの出射方向を変更することでも実行することが可能であるが、針状電極２１（エミッタ電極）の姿勢を適宜変更することで容易に実行することができる。このように針状電極２１（エミッタ電極）の姿勢を適宜変更することにより針状電極２１（エミッタ電極）の延在方向に対する集束イオンビームの照射方向を変更する場合、図２に示すＴＦＥ電子銃２０として組み付けられた状態のまま行うことができ、より容易にかつ針状電極２１（エミッタ電極）を傷めることなく姿勢変更を行うことを可能とする。
【００６３】
ここで、実際に本発明に係る製造方法を実施したところ、図１８および図１９（写真）に示すように、針状電極２１の先端部２８に４本の針状部３０を形成することができた。図１８および図１９の例は、先端照射分割工程において、針状電極２１の先端面２９に４個所の等しい面積の領域３１を格子状に設定（図１６参照）したものである。ここで、図１８に示すように、各針状部３０は、先端が略等しい面上に位置している。これは、針状部形成工程の先端照射分割工程に先立って平坦面形成工程で針状電極２１に先端面２９を形成することにより、先端照射分割工程で形成される各延在柱部分２８ｃの先端に相当する個所が平坦な先端面２９として予め均一に形成されていることによる。また、各針状部３０は、略等しい長さ寸法（図１８参照）で、かつ略等しい径寸法とされている（図１９参照）。これは、集束イオンビームによるイオン照射スポットは、数ｎｍ〜数十ｎｍの直径寸法であるとともに、このイオン照射スポットによる照射位置を適宜設定することができることによる。
【００６４】
このように、集束イオンビームは極めて狭い範囲を照射することができることから、本発明の電界放出型電子銃の製造方法では、所定の領域３１を極めて小さく設定して、当該各領域３１を除く個所を取り除くように除去加工を施せば、極めて細い針状部３０を針状電極２１の先端面２９に形成することができる。
【００６５】
よって、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法では、針状電極２１の先端部２８にエッチング加工を施して、極めて細い複数の針状部３０を針状電極２１の先端部２８に形成することができる。なお、図１８の例では、エミッタ電極としての針状電極２１の先端部２８に４本の針状部３０を形成したが、例えば、図１に示す電子ビーム源１のように互いに等しい９本の針状部を格子状に形成してもよく、上記した例に限定されるものではない。
【００６６】
このようにして製造されたＴＦＥ電子銃２０は、エネルギー幅の極めて微小なビームを高輝度に発生させることができ、極めて細く絞った電子ビームスポットに大きな値の電子ビーム電流を流すことができる。
【００６７】
本実施例の電子ビーム照射装置１０では、図１に示すように、電子ビーム源１がエミッタ電極としての針状電極２１（図３および図４参照）の先端に等間隔３×３すなわち縦３列、横３列で正方形を描く９個（図２０（ａ）参照）の微細な針状部３０とされてフィールドエミッションアレイを構成している。ここで、本実施例では、９個の針状部３０が描く正方形の一辺が略１μｍとされており、後述する複数の電子ビーム源による電子ビーム発生領域の直径寸法すなわち電子ビーム源１の複数の針状部３０（本実施例では９つ）の設定領域の直径寸法Ｄが１μｍ強（略１．４μｍ）とされている。
【００６８】
なお、フィールドエミッションアレイの各針状部３０は、１列でも任意の行列数でもよい。すなわち、フィールドエミッションアレイの複数の電子ビーム源（各針状部３０）は、縦横３個ずつの合計９個である必要はなく、縦横２個ずつ配置された電子ビーム源でもよく、縦横４個、５個、・・・であってもよい。さらに、正方形状に配置される必要もなく、縦横２個×３個、３個×４個、・・・であってもよく、円形状（図２０（ｂ）参照）に配置されていてもよい。ここで、電子ビーム源１は、その光軸（各針状部３０から出射される複数の電子ビームの中心位置）に対して垂直な面上において、光軸を中心とする点対称をなす配置関係となるように、各針状部３０が設けられていることが望ましい。
【００６９】
電子ビーム照射装置１０では、図１に示すように、電子ビーム源１の各針状部３０から微細な電子ビームが出射され、この電子ビームが第１のコンデンサレンズ２および第２のコンデンサレンズ３を通過する。第２のコンデンサレンズ３を通過した複数の電子ビームは、円形の破線で囲まれた範囲を拡大して示しているように、各々が縮小されてウェハ等の試料５の面上に１個の微小なスポット（照射領域）を形成する。
【００７０】
電子ビーム源１のフィールドエミッションアレイの各針状部３０は、電子ビーム源１からの電子ビームが試料５の面上に結像する領域と、電子ビームの収差等によるボケとを略同等にするように構成または設定されている。言い換えると、縮小光学系（電子光学系）のトータル倍率（縮小系）をβ、光源における、複数の電子ビーム源を含めた大きさをＤ、収差などを含めた縮小光学系のスポット径（光源を１個の無限小の線源とした場合）をｄとして、ｄ＞β＊Ｄを満たすように構成または設定されている。このようにすれば、複数の電子ビーム源は、試料５の面上で重畳する。
【００７１】
図２１は、複数の電子ビームが重畳された様子を模式的に示す正面図である。電子ビーム照射装置１０では、縦横３個×３個のフィールドエミッションアレイとされた電子ビーム源１の各針状部３０（図２０（ａ）参照）からの電子ビームが第２のコンデンサレンズ３を通過することにより、各針状部３０からの各電子ビームが縦横３個×３個の各照射領域Ｂで試料５の面上を照射することとなり、各照射領域Ｂの周囲にはボケの領域Ｓ（ボケの径またはボケのスポット径）が生じている。電子ビーム照射装置１０では、前述した構成または設定により、電子ビーム源１の各針状部３０からの各電子ビーム（Ｂ）のボケの範囲Ｓが、各電子ビームの照射範囲Ｂの間の隙間を埋めることとなる。換言すると、電子ビーム照射装置１０では、電子ビーム源１の９つの針状部３０から出射された９つの電子ビームの照射領域のそれぞれが試料５の面上でぼやけて、あたかも１つのビームが作り出した１つの点状の照射領域Ｔ（図２１の二点鎖線参照）で試料５の面上を照射することとなる。なお、図２１の下方に示すグラフは、電子ビーム源１からの電子ビームの強度分布を模式的に示しており、小さな山は各電子ビームによる照射領域Ｂの強度分布を示し、大きな山は各電子ビームが重ねられて形成された電子ビーム源１からの電子ビームの強度分布、すなわち１つの点状のビームとして試料５の面に照射される照射領域Ｔの強度分布を示している。
【００７２】
ここで、電子ビーム照射装置１０では、複数の電子ビーム源による電子ビーム発生領域の直径寸法すなわち電子ビーム源１の複数の針状部３０（本実施例では９つ）の設定領域の直径寸法Ｄと、電子ビーム源１から出射された電子ビームが１つの点状のビームとして試料５の面を照射する照射領域Ｔの直径寸法ｄ（スポット径の直径寸法）との比が所望の割合であるように構成されている。ここで、直径寸法Ｄが電子ビーム源１の複数の針状部３０の設定領域であることから、上記した本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法の先端照射分割工程において所定の領域３１（図１６参照）を設定する際に、試料５の面上での電子ビーム源１からの電子ビームによる照射領域Ｔを勘案することで、容易に直径寸法Ｄと直径寸法ｄとの比を所望の割合とすることができる。また、平坦面形成工程において、照射領域Ｔを勘案して設定された所定の領域３１（図１６参照）に基づいて、先端面２９の径寸法を設定することは言うまでもない。
【００７３】
これにより、電子ビーム照射装置１０では、電子ビーム源１の各針状部３０から出射された複数の電子ビーム（本実施例では９つ）が、試料５の面上ではあたかも１つの点状ビームによる照射領域Ｔを形成する構成であるので、従来の電子ビーム照射装置に比較して、小さなビーム径でも大きな電子ビーム電流を得ることができる。
【００７４】
また、本発明に係る製造方法では、上記したように、平坦面形成工程でエミッタ電極の先端に平坦な先端面を形成し、先端照射分割工程で先端面に集束イオンビームを照射して除去加工することにより先端部を分割することにより、エミッタ電極をエッチングしてその先端に針状部を形成するものであることから、使用された電界放出型電子銃（ＦＥＧ）を再生するために適用することができる。この電界放出型電子銃（ＦＥＧ）の再生方法について、以下に説明する。
【００７５】
電界放出型電子銃（ＦＥＧ）は、使用されることにより、電子が放出されるエミッタ電極の先端が当初成形された状態から変化することが知られている。電界放出型電子銃（ＦＥＧ）では、極めて細く形成されたエミッタ電極の先端に強い電界をかけることにより、エミッタ電極の先端から電子を放出させるものであることから、エミッタ電極の先端が磨耗すると、出射される電子ビームの特性が当初設定された特性から変化したり、電子ビームを出射できなくなったりしてしまう。そこで、使用によりエミッタ電極の先端が磨耗した電界放出型電子銃（ＦＥＧ）を回収し、エミッタ電極を取り出す。ここで、取り出すエミッタ電極は、電位差を与えられることにより電子が放出される側の電極であり、上記した実施例では針状電極２１（図３参照）がこれに相当する。また、例えば、特許文献５のようなフィールドエミッション型の電子銃では、後述するように、各陰極電極をエミッタ電極とみなすことができ、あるいは各陰極電極が設けられた導電性基板をエミッタ電極とみなすことができる。
【００７６】
先ず、取り出したエミッタ電極に対し平坦面形成工程を行う。すなわち、エミッタ電極の先端部にＸ−Ｙ平面に沿う方向から集束イオンビームを照射して、エミッタ電極の先端を平坦面とする。ここで、先端面に対して垂直な方向が針状部の延在方向となることから、このことを勘案して先端面を形成することが望ましい。
【００７７】
次に、先端照射分割工程を行う。すなわち、エミッタ電極の先端面に複数の所定の領域（所定の領域３１に相当）と、当該領域を少なくとも１つ含む延在柱部分（延在柱部分２８ｃに相当）と、その延在柱部分に対応する先端面における複数の区画個所（区画個所２８ｄに相当）とを設定する。その後、集束イオンビームの特性を考慮しつつエミッタ電極の先端面に集束イオンビームをＺ軸方向から照射し、先端面における複数の区画個所を除く個所を満遍なく照射するように走査する。これにより、エミッタ電極の先端に複数の延在柱部分を形成することができ、当該各延在柱部分に適宜針状部整形工程を実行することにより、エミッタ電極の先端に針状部を形成することができる。この先端照射分割工程の際、所定の領域は、ＦＥＧを動作させた際に所望の電子ビームの特性を得ることができるように、少なくとも２つ以上設定すればよい。ここで、上記したＴＦＥ電子銃２０と同様の設定として電子ビーム照射装置１０の電子ビーム源１に適用すると、電子ビーム照射装置１０と同様に複数の針状部から出射された複数の電子ビームが、試料の面上では１つの点状ビームを形成する構成とすることができることはいうまでもない。
【００７８】
よって、本発明に係る製造方法を適用すれば、エミッタ電極の先端の磨耗により所望の特性の電子ビームを出射することができなくなった電界放出型電子銃（ＦＥＧ）を再生、再利用することができる。このように、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法を適用した再生方法では、使用によりエミッタ電極の先端が磨耗してしまった電界放出型電子銃（ＦＥＧ）をエミッタ電極の先端に所望の針状部を形成することができ、電界放出型電子銃（ＦＥＧ）すなわちそれを備える荷電粒子ビーム装置の再生利用を可能とする。
【００７９】
なお、上記した本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法を適用した再生方法の例では、使用によりエミッタ電極の先端が磨耗してしまった電界放出型電子銃（ＦＥＧ）を回収して再生していたが、エミッタ電極の先端が磨耗したものに限定されるものではなく、例えば、出射される電子ビームの特性を変化させることに利用することもできる。また、本発明に係る再生方法は、本発明に係る製造方法の一適用例である。
【００８０】
以上説明したように、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法では、エミッタ電極の先端部のエッチング（除去）加工の手段として、集束イオンビームの照射による除去加工を用いることから、エミッタ電極の先端部が極めて細い微少な個所であるにも拘わらず、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成することができる。これは、集束イオンビームによる照射スポットは、電子ビームの出射個所として求められる大きさ寸法に対して極めて小さな数ｎｍ〜数十ｎｍの直径寸法であることによる。このことから、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法では、所定の領域３１を極めて小さく設定して、当該各領域３１を除く個所を取り除くように除去加工（エッチング加工）を施せば、エミッタ電極の先端（上記した実施例では、針状電極２１の先端部２８）に極めて細い複数の針状部を形成することができる。
【００８１】
また、本発明に係る製造方法では、平坦面形成工程で針状電極２１に平坦な先端面２９を形成してから、先端照射分割工程で設定した各領域３１を含む領域（２８ｄ）毎に分割して各延在柱部分２８ｃを形成して、各針状部３０を形成することから、所定の領域３１を極めて小さく設定した場合であっても、各針状部３０の先端をＸ−Ｙ平面と平行な同一の平面（基準平面）上に位置させることができる。ここでの基準平面とは、Ｘ−Ｙ平面と平行であれば、サプレッサー電極２２から見た各針状部３０までの間隔に基づいて設定するものであってもよく、加速電極から見た各針状部３０までの間隔に基づいて設定するものであってもよい。
【００８２】
さらに、上記した製造方法では、先端照射分割工程において、針状電極２１の延在方向であるＺ軸方向からの集束イオンビームの針状電極２１の先端面２９への照射により除去加工を行っていることから、各領域３１を設定した位置に正確に合致させて各針状部３０を形成することができる。
【００８３】
上記した製造方法では、先端照射分割工程において、集束イオンビームで先端面２９を走査する際、集束イオンビームの照射による除去加工の特性を考慮した照射方法を採用し、かつ集束イオンビームのドーズ量を適宜調整しているので、再付着により生じる深さ寸法の差異をなくすことができ、所望の形状の各針状部３０を形成することができる。このことは、各針状部３０がＸ−Ｙ平面に沿う方向で見た互いの間隔に対してＺ軸方向で見た長さ寸法が大きい、すなわち各針状部３０の形成のために極めて狭い範囲を深く掘り下げるように（高いアスペクトレシオで）先端部２８を除去加工する必要があることに対し、集束イオンビームの一様な照射による除去加工では再付着により照射領域の中心個所を深くすることが困難であることから、特に有効である。
【００８４】
本発明に係る製造方法では、平坦面形成工程、先端照射分割工程および針状部整形工程のいずれも集束イオンビームを用いることから、製造のための設備を簡易なものとすることができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【００８５】
本発明に係る製造方法では、針状電極２１の先端部２８が全体に錐体形状とされていることから、平坦面形成工程において、Ｚ軸方向で見た形成位置を適宜調節することで、容易かつ適切に、電子ビームの特性に応じて設定される針状部３０（所定の領域３１）に適合する径寸法とすることができる。
【００８６】
本発明に係る製造方法では、平坦面形成工程と先端照射分割工程とで、集束イオンビームでエミッタ電極の先端面を照射する際のエミッタ電極に対する集束イオンビームの照射方向（エミッタ電極の姿勢を適宜変更することで容易に実行することができる）を変更すればよいことから、大掛かりな製造のための設備を必要とすることはなく、製造コストの増加を抑制することができ、製造の工程を容易なものとすることができる。
【００８７】
本発明に係る製造方法では、集束イオンビームの照射による除去加工を用いることにより、極めて細い微少な個所であるエミッタ電極の先端部に、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成するものであることから、既存のエミッタ電極を簡易な方法で超微細加工することができる。特に、上記した実施例では、エミッタ電極に平坦な先端面を形成（平坦面形成工程）した後、集束イオンビームをＺ軸方向からエミッタ電極の先端面に照射して適宜走査する（先端照射分割工程）ことにより、エミッタ電極の先端に所望の針状部を形成するものであることから、既存のエミッタ電極を簡易な方法で超微細加工することができる。このことから、本発明に係る製造方法を適用することにより、エミッタ電極の再生利用、このエミッタ電極を有する電界放出型電子銃（ＦＥＧ）、およびこれを備える荷電粒子ビーム装置の再生利用を可能とすることができる。
【００８８】
上記した実施例では、ＦＩＢ−ＣＶＤ（集束イオンビームを用いた化学蒸着法）を行うことができる装置を用いて集束イオンビームの照射による除去加工を行っていることから、加工表面の形状をリアルタイムで確認しつつ除去加工を行うことができるので、製造工程に要する時間を短縮できるとともに、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部をより正確に形成することができる。
【００８９】
電子ビーム照射装置１０では、複数の荷電粒子ビームが前記試料上で１つの点状ビームとされるので、従来の荷電粒子ビーム装置に比較して、小さなビーム径であっても大きな荷電粒子ビーム電流を得ることができる。
【００９０】
電子ビーム照射装置１０では、試料面上では、複数の荷電粒子ビームが縮小され、かつ重畳されて、１個のスポットを形成することができ、荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームが試料上に結像する領域と、荷電粒子ビームの収差等によるボケとを略同等にすることができる。数式で表すと、縮小光学系のトータル倍率（縮小系）をβ、光源における、複数の荷電粒子ビーム源を含めた大きさをＤ、収差などを含めた縮小光学系のスポット径（光源を１個の無限小の線源とした場合）をｄとすれば、ｄ＞β＊Ｄを満たすようにすれば、複数の荷電粒子ビーム源は、試料面上で重畳することになり、荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームが試料上に結像する領域と、荷電粒子ビームの収差等によるボケとを略同等にするように構成することができる。
【００９１】
本発明に係る製造方法により形成された電界放出型電子銃（ＦＥＧ）およびこれを備える電子ビーム照射装置１０では、出射される電子ビームのスポット（照射領域）を極めて細く絞ることができると共に、このスポットで大きな電子ビーム電流を流すことができる。
【００９２】
電子ビーム照射装置１０では、複数の荷電粒子ビーム源による荷電粒子ビーム発生領域の直径と、荷電粒子ビームが試料上に収束されたときのスポット径との比が所望の割合であるように構成することができる。これにより、複数の荷電粒子ビームが縮小され、かつ重畳されて、１個のスポットを形成することができる。
【００９３】
電子ビーム照射装置１０では、試料面上では、複数の荷電粒子ビームが縮小され、かつ重畳されて、１個のスポットを形成することができ、複数の荷電粒子ビーム源からの複数の荷電粒子ビームが試料上に収束された理想的な大きさを、荷電粒子ビームの収差等によるボケの範囲以下とすることができる。
【００９４】
したがって、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法によれば、簡易な方法でエミッタ電極に極めて細い針状部を形成することができる。
【００９５】
なお、上記した実施例では、平坦面形成工程の後の針状部形成工程における分割工程として、Ｚ軸方向からの集束イオンビームの照射による除去加工によりエミッタ電極（上記した実施例では針状電極２１）の先端部を分割して複数の針状部を形成する先端照射分割工程を行うものであったが、上記した実施例に限定されるものではない。この分割工程としての他の例を側面照射分割工程とし、この側面照射分割工程について以下で説明する。
【００９６】
側面照射分割工程では、先端照射分割工程と同様に、先端面２９に少なくとも２つ以上（この例では先端照射分割工程と同様に４つとする）の所定の領域３１を設定する（図１６参照）。この後、先端照射分割工程とは異なり、図２２に示すように、各領域３１からＺ軸方向に延在する複数の延在領域（３０）を設定する。この複数の延在領域（３０）が、各領域３１を先端としてＺ軸方向に延在する針状部３０の存在位置となる個所（針状部３０として残存される個所）である。その後、先端照射分割工程と同様に、延在領域（３０）を少なくとも１つ含む延在柱部分（この例では、各々が１つの延在領域（３０）を含む４つの延在柱部分２８ｃ´）を設定する。
【００９７】
次に、針状電極２１の先端部２８における各延在柱部分２８ｃ´を除く個所に、Ｘ−Ｙ平面に沿う方向から針状電極２１の先端部２８の側面２８ｅに向けてかつ針状電極２１の中心を通るように集束イオンビームＩｂ´を照射する。この集束イオンビームＩｂ´は、先端照射分割工程の集束イオンビームＩｂと同様に針状電極２１のエッチングが可能な強度とされる。この集束イオンビームＩｂ´の照射による除去加工の方法は、上記した実施例と同様に、集束イオンビームの照射による除去加工の特性を考慮しつつ行う。すなわち、集束イオンビームＩｂ´の照射位置を、針状電極２１の先端部２８の側面２８ｅにおいて、先端面２９側からＺ軸方向に沿って移動させ（矢印Ａ６および矢印Ａ７参照）、かつ照射個所の加工状況に応じて適宜ドーズ量を調整する。この側面照射分割工程では、先端照射分割工程とは異なり、集束イオンビームＩｂ´の照射による除去加工により、Ｘ−Ｙ平面に沿う方向から針状電極２１の先端部２８の側面２８ｅ向けて照射していることから、針状電極２１の中心を通りつつ当該針状電極２１を貫通させつつ先端面２９側からＺ軸方向に沿って移動させる（矢印Ａ６および矢印Ａ７参照）。このように移動させることにより、Ｘ−Ｙ平面に沿う（針状電極２１の側面に略直交する）方向からの集束イオンビームＩｂ´に対する加工表面の照射角度が常に大きくなるので、除去加工に要する時間を短縮することができる。また、加工表面から除去加工が施されることにより除去された先端面２９および側面２８ｅに相当する個所が、はじき出された原子が針状電極２１の外方への除去排出空間として機能することとなるので、常に加工表面に通じる除去排出空間が形成されていることとなり、除去加工の際に再付着に起因して加工深さ寸法を長くすることができなくなることを防止することができる。
【００９８】
側面照射分割工程では、上記した照射方法で、先端部２８における４つの延在柱部分２８ｃ´を除く個所（符号４４´で示す分割溝部分に相当する箇所）を満遍なく照射するように走査する。詳細には、この例では、延在領域（３０）が、先端面２９において４つの等しい円形状の領域３１が互いに等間隔にかつ先端面２９の中心から等間隔に設定された各領域３１からＺ軸方向に延在するように設定されていることから、針状電極２１の中心軸線を通りつつ各延在領域（３０）を避けるように、針状電極２１の側面に対して互いに直交する２つの方向から走査される（矢印Ａ６および矢印Ａ７参照）。この走査の一例として、矢印Ａ６および矢印Ａ７を帯状の走査のフレーム走査方向としてラスタースキャンを行う。この針状電極２１の側面に対する２つの方向からの走査の際、針状電極２１をＸ−Ｙ平面に沿って貫通するように集束イオンビームＩｂ´の照射による除去加工を行う。この集束イオンビームＩｂ´の走査により、４つの延在柱部分２８ｃ´を除く個所が除去されて分割溝部分４４´が形成され、先端部２８が分割溝部分４４´により４つの延在柱部分２８ｃ´に分割される。この工程、すなわち、各領域３１を設定し、各領域３１からＺ軸方向に延在する複数の延在領域（３０）を設定し、延在領域（３０）を少なくとも１つ含む延在柱部分（この例では、各々が１つの延在領域（３０）を含む４つの延在柱部分２８ｃ´）を設定し、Ｘ−Ｙ平面に沿う方向からの集束イオンビームの照射により先端部２８の除去加工を行うことが、本発明の電界放出型電子銃の製造方法において、針状電極２１の先端部２８を、各領域３１を先端としてＺ軸方向に延在する複数の延在柱部分２８ｃ（本実施例では４つ）に分割する側面照射分割工程となる。この側面照射分割工程の後、先端照射分割工程を行った場合と同様に、適宜針状部整形工程を実行して、各延在領域（３０）を所望の外形形状に整えることにより、各針状部３０を形成することができる。
【００９９】
また、上記した実施例では、エミッタ電極の例として針状電極２１（図３参照）が示され、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法により針状電極２１の先端部２８に複数の針状部３０を形成していたが、エミッタ電極は電位差を与えられることにより電子が放出される側の電極であればよく、上記した実施例に限定されるものではない。例えば、エミッタ電極は、図２３に示す従来の荷電粒子ビーム装置５０に設けられた針状部５１であってもよく、特許文献５のようなフィールドエミッション型の電子銃の各陰極電極であってもよく、特許文献５のフィールドエミッション型の電子銃の各陰極電極が設けられた導電性基板であってもよい。これは、特許文献５のようなフィールドエミッション型の電子銃では、各陰極電極の先端から電子が放出されるものであることから、各陰極電極をエミッタ電極とみなして当該各陰極電極の先端に針状部を形成してもよく、導電性基板をエミッタ電極とみなして各陰極電極としての針状部を導電性基板に形成してもよいことによる。なお、特許文献５のような導電性基板をエミッタ電極とみなす場合、導電性基板が板形状であることから針状部を形成したい側の平面を上記した先端面とみなして本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法（上記した実施例では先端照射分割工程、針状部整形工程および側面照射分割工程）を適宜行えばよい。
【０１００】
さらに、上記した実施例の針状部形成工程において、分割工程（上記した例では、先端照射分割工程および側面照射分割工程）の前に、エミッタ電極の先端面の所定の領域に保護膜を形成する針状部先端被覆工程を行う構成としてもよい。この一例を以下で説明する。針状電極２１の周辺をカーボン（Ｃ）ガス（炭素を含む反応ガス：例えばピレン（Ｃ１６Ｈ１０、フェナントレン(Ｃ１４Ｈ１０)、ナフタレン（Ｃ１０Ｈ８））の雰囲気とし、この雰囲気中においてＺ軸方向から集束イオンビームで針状電極２１の先端面２９における各領域３１のみを行き渡るように局所的に照射する。この集束イオンビームは、カーボン（Ｃ）を堆積させるに足りる強度とする。これにより、針状電極２１の先端面２９にその垂直方向から見て所定の領域３１を覆うようにカーボン（Ｃ）を堆積させることができ、このカーボン（Ｃ）が後述するように保護膜として機能する。このカーボン（Ｃ）は、荷電粒子ビームを用いて各領域３１に設けられたデポジション膜となる。ここで、集束イオンビームは、極めて小さな領域であっても局所的に照射することが可能であることから、極めて小さな所定の領域３１を覆うカーボン（Ｃ）を針状電極２１の先端面２９に堆積させることができる。なお、この針状部先端被覆工程における集束イオンビームの強度は、針状電極２１のエッチングを意図しない強度、すなわち針状電極２１へのダメージを極力少なくすることができる強度とすることが望ましい。この針状電極２１の先端面２９に堆積されたカーボン（Ｃ）は、集束イオンビームＩｂが針状電極２１にダメージを与えることを防止する、すなわち保護膜として機能する。しかしながら、実際に、タングステン単結晶からなるエミッタ電極の先端面の所定の領域にカーボン（Ｃ）を堆積させることなく、本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法を実施したところ、ＦＩＢ照射による結晶ダメージ等の影響を受けることなく、適切な形状および強度の針状部を形成することができたことから、タングステン単結晶からなるエミッタ電極に本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法により互いに独立してＺ軸方向（電子ビームの出射方向）に伸長する複数の針状部を形成する場合、針状部先端被覆工程は行わなくてよい。なお、このＦＩＢ照射による結晶ダメージ等の影響の有無は、使用開始前に高温で加熱処理を行う工程で確認することができた。
【０１０１】
上記した実施例の側面照射分割工程は、集束イオンビームの照射による除去加工の際、針状電極２１の側面に対して互いに直交する２つの方向から針状電極（エミッタ電極）の先端部を貫通することにより、当該先端部を４つの延在柱部分２８ｃに分割するものであることから、針状電極２１の側面を一方の方向から照射した後、針状電極２１を９０°回転させて他方の方向から照射することで容易に実行することができる。このことから、例えば、針状電極（エミッタ電極）の先端部を６つの延在部分に分割する場合、針状電極を適宜６０°回転させることで容易に実行することができ、針状電極（エミッタ電極）の先端部を８つの延在部分に分割する場合、針状電極を適宜４５°回転させることで容易に実行することができる。
【０１０２】
上記した実施例では、平坦面形成工程および針状部形成工程（先端照射分割工程、針状部整形工程、側面照射分割工程）を行うことにより、エミッタ電極（針状電極２１）の先端部２８に複数の針状部３０を形成していたが、集束イオンビームを照射して生じる物理的なスパッタリング現象による加工を利用した除去加工により、先端部に互いに独立しかつ電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成するものであればよく、上記した実施例に限定されるものではない。ここで、平坦面形成工程は、形成する複数の針状部の先端を容易に同一平面上に位置させることができることから、採用することが望ましい。また、針状部形成工程の分割工程（先端照射分割工程および側面照射分割工程）は、複数の針状部を形成する際の除去加工に要する時間を削減する一例であることから適宜採用すればよい。
【０１０３】
上記した実施例では、針状部形成工程（特に先端照射分割工程および側面照射分割工程）において、集束イオンビームの照射による除去加工の特性を考慮した一例としての照射方法が採用されていたが、再付着の問題を避けるように集束イオンビームの照射による除去加工を行うものであればよく、上記した実施例に限定されるものではない。
【０１０４】
上記した実施例では、熱陰極電界放射型（ＴＦＥ）の電子銃が示されていたが、電界放出型電子銃（ＦＥＧ）であれば、例えば、冷陰極電界放射型（ＣＦＥ：Ｃｏｌｄ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の電子銃であっても本発明の電界放出型電子銃の製造方法を適用することができ、上記した実施例に限定されるものではない。
【０１０５】
上記した実施例では、電子ビーム照射装置として走査電子顕微鏡が示されていたが、本発明の電界放出型電子銃の製造方法により製造された電界放出型電子銃（ＦＥＧ）を備えるものであれば、例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、描画装置、半導体製造・検査装置等であってもよく、上記した実施例に限定されるものではない。
【０１０６】
上記した実施例では、集束イオンビームを照射して生じる物理的なスパッタリング現象による加工を利用した除去加工により、平坦面形成工程および針状部形成工程（先端照射分割工程、針状部整形工程、側面照射分割工程）を行っていたが、上記した実施例に限定されるものではなく、集束イオンビームの照射に際し反応性ガスを用いて行うアシストエッチングとすることができる。この一例として、タングステン（Ｗ）からなるエミッタ電極にＸｅＦ２（フッ化キセノン）ガスを用いてアシストエッチングを行った場合、物理的なスパッタリング現象による加工を利用した除去加工に比較して略７倍程度の加工速度を得ることができるとともに、反応生成物であるＷＦ６（フッ化タングステン）は揮発性があることから再付着の問題が生じることがないので、各針状部の形成のために極めて狭い範囲を深く掘り下げるように（高いアスペクトレシオで）先端部を除去加工することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明に係る電子ビーム照射装置を模式的に示す概略構成図およびその部分拡大図である。
【図２】本発明に係る電子ビーム照射装置が有する熱陰極電界放射型の電子銃の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図２に一点鎖線で示す範囲Ｐの部分的な拡大図である。
【図４】本発明に係る電子ビーム照射装置が有する熱陰極電界放射型の電子銃の針状電極の周辺を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法における平坦面形成工程における集束イオンビームによる走査の様子を説明するための模式的な説明図である。
【図６】１つ目の特性（再付着に起因する問題）を説明するための集束イオンビームの照射状態を示す斜視図である。
【図７】図６に示すＩ−Ｉ線に沿って得られた断面図である。
【図８】図６に示すＩ−Ｉ線に沿って得られた断面図であり、図７とは異なる場面を示す。
【図９】２つ目の特性（照射角度に応じた除去量の差異）を説明するための照射角度を説明する説明図である。
【図１０】図９の照射角度に対する除去加工の除去量比率を模式的に示すグラフである。
【図１１】両特性を考慮しつつ集束イオンビームを照射する方法を説明するための模式的な斜視図である。
【図１２】図１１に示すII−II線に沿って得られた断面図である。
【図１３】図１１に示すII−II線に沿って得られた断面図であり、図１２とは異なる場面を示す。
【図１４】図１１に示すII−II線に沿って得られた断面図であり、図１２および図１３とは異なる場面を示す。
【図１５】図１１に示すII−II線に沿って得られた断面図であり、図１２ないし図１４とは異なる場面を示す。
【図１６】本発明に係る電子ビーム照射装置が有する熱陰極電界放射型の電子銃の針状電極の先端面を示す平面図である。
【図１７】本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法における先端照射分割工程における集束イオンビームによる走査の様子を説明するための模式的な説明図である。
【図１８】本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法により製造された針状部を示す斜視図（写真）である。
【図１９】本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法により製造された針状部を示す上面図（写真）である。
【図２０】本発明に係る電子ビーム照射装置の電子ビーム源を示す模式的な正面図であり、（ａ）は本実施例の構成を表し、（ｂ）は他の例を表している。
【図２１】本発明に係る電子ビーム照射装置により照射された試料の面上における各電子ビームおよびそのボケの範囲を示しており、下方に示したグラフは、エミッタの配列方向に沿う方向から見た電子ビームの強度分布を示している。
【図２２】本発明に係る電界放出型電子銃の製造方法における側面照射分割工程における集束イオンビームによる走査の様子を説明するための模式的な説明図である。
【図２３】従来の電子ビーム照射装置を模式的に示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０ （荷電粒子ビーム装置としての）電子ビーム照射装置
２０ （電界放出型電子銃としての）熱陰極電界放射型（ＴＦＥ）の電子銃
２１ （エミッタ電極としての）針状電極
２８ 先端部
２８ａ 先端
２８ｃ 延在柱部分
２９ 先端面
３０ 針状部
３１ 所定の領域
I、Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｂ´ 集束イオンビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームの出射のための複数分割エミッタ電極を備える電界放出型電子銃の製造方法であって、
前記エミッタ電極の先端部に集束イオンビームを照射して該先端部を除去加工することにより、該先端部に互いに独立しかつ電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成することを特徴とする電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項２】
前記エミッタ電極は、タングステンの単結晶からなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項３】
前記各針状部の先端は、前記出射方向と直交する同一の基準平面内に位置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項４】
電子ビームの出射のための複数分割エミッタ電極を備える電界放出型電子銃の製造方法であって、
前記エミッタ電極の先端部に互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成するために、
前記エミッタ電極の前記先端部に前記出射方向と略直交する方向から集束イオンビームを照射して前記エミッタ電極の先端を除去加工することにより、該先端を前記基準平面と同一面上に位置する平坦面とする平坦面形成工程と、
前記エミッタ電極の前記先端部に、前記各針状部に相当する個所を除く個所を集束イオンビームで照射して除去加工を行うことにより、前記各針状部を形成する針状部形成工程とを含むことを特徴とする電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項５】
前記エミッタ電極は、タングステンの単結晶からなることを特徴とする請求項４に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項６】
前記針状部形成工程は、前記エミッタ電極の前記先端部に集束イオンビームの照射による除去加工を行うことにより、該先端部を、前記針状部に相当する個所を含み、かつ互いに独立して前記出射方向に伸長する複数の延在柱部分に分割する分割工程を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項７】
前記分割工程は、前記出射方向に略沿う方向から前記エミッタ電極の前記平坦面へ向けて集束イオンビームを照射して、前記エミッタ電極の前記先端部における前記各延在柱部分に相当する個所を除く個所を除去して分割溝部分を形成することにより、前記各延在柱部分に分割する先端照射分割工程であることを特徴とする請求項６に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項８】
前記先端照射分割工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の前記エミッタ電極の外方への飛散を可能とする除去排出空間を形成しつつ前記エミッタ電極の前記先端部における前記分割溝部分に相当する個所を集束イオンビームで照射することを特徴とする請求項７に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項９】
前記針状部形成工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の再付着により生じる加工深さの差異をなくすように集束イオンビームの照射位置およびドーズ量を適宜変更することを特徴とする請求項４ないし請求項８のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１０】
前記針状部形成工程は、前記先端照射分割工程の前に、前記エミッタ電極の前記平坦面における前記各針状部の先端に相当する個所に荷電粒子ビームを用いてデポジション膜を設ける針状部先端被覆工程を行うことを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１１】
前記分割工程は、前記出射方向に略直交する方向から前記エミッタ電極の前記先端部の側面へ向けて集束イオンビームを照射して、該先端部を前記直交方向に貫通するように前記エミッタ電極の前記先端部における前記各延在柱部分に相当する個所を除く個所を除去して分割溝部分を形成することにより、前記各延在柱部分に分割する側面照射分割工程であることを特徴とする請求項６に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１２】
前記側面照射分割工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の前記エミッタ電極の外方への飛散を可能とする除去排出空間を形成しつつ前記エミッタ電極の前記先端部における前記分割溝部分に相当する個所を集束イオンビームで照射することを特徴とする請求項１１に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１３】
前記針状部形成工程は、前記分割工程の後、前記出射方向に略沿う方向から前記エミッタ電極の前記平坦面へ向けて集束イオンビームで照射して、分割された前記各延在柱部分の内、前記針状部に相当する個所を除く個所を除去することにより、前記各針状部の外形形状を整える針状部整形工程を有することを特徴とする請求項４ないし請求項１２のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１４】
集束イオンビームによる除去加工は、反応性ガスを用いて行うアシストエッチングであることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１５】
前記反応性ガスは、フッ化キセノンであることを特徴とする請求項１４に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造された電界放出型電子銃を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１８】
使用済みのエミッタ電極の針状部またはエミッタ電極の針状部の先端部分を有する電界放出型電子銃を回収し、回収した電界放出型電子銃のエミッタ電極またはエミッタ電極の針状部に請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の製造方法を適用することにより、回収した電界放出型電子銃を再生することを特徴とする電界放出型電子銃の再生方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の再生方法を用いて再生されたことを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項２０】
請求項１８に記載の再生方法を用いて再生された電界放出型電子銃を有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２１】
電界放出型電子銃に用いられるエミッタ電極であって、
先端部には、集束イオンビームの照射による除去加工が施されることにより、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長し、かつそれぞれの先端が前記出射方向と直交する同一の基準平面内に位置し、ついで各々が電子ビームの出射個所となる複数の針状部が形成されていることを特徴とする複数分割エミッタ電極。
【請求項１】
電子ビームの出射のための複数分割エミッタ電極を備える電界放出型電子銃の製造方法であって、
前記エミッタ電極の先端部に集束イオンビームを照射して該先端部を除去加工することにより、該先端部に互いに独立しかつ電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成することを特徴とする電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項２】
前記エミッタ電極は、タングステンの単結晶からなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項３】
前記各針状部の先端は、前記出射方向と直交する同一の基準平面内に位置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項４】
電子ビームの出射のための複数分割エミッタ電極を備える電界放出型電子銃の製造方法であって、
前記エミッタ電極の先端部に互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長する複数の針状部を形成するために、
前記エミッタ電極の前記先端部に前記出射方向と略直交する方向から集束イオンビームを照射して前記エミッタ電極の先端を除去加工することにより、該先端を前記基準平面と同一面上に位置する平坦面とする平坦面形成工程と、
前記エミッタ電極の前記先端部に、前記各針状部に相当する個所を除く個所を集束イオンビームで照射して除去加工を行うことにより、前記各針状部を形成する針状部形成工程とを含むことを特徴とする電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項５】
前記エミッタ電極は、タングステンの単結晶からなることを特徴とする請求項４に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項６】
前記針状部形成工程は、前記エミッタ電極の前記先端部に集束イオンビームの照射による除去加工を行うことにより、該先端部を、前記針状部に相当する個所を含み、かつ互いに独立して前記出射方向に伸長する複数の延在柱部分に分割する分割工程を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項７】
前記分割工程は、前記出射方向に略沿う方向から前記エミッタ電極の前記平坦面へ向けて集束イオンビームを照射して、前記エミッタ電極の前記先端部における前記各延在柱部分に相当する個所を除く個所を除去して分割溝部分を形成することにより、前記各延在柱部分に分割する先端照射分割工程であることを特徴とする請求項６に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項８】
前記先端照射分割工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の前記エミッタ電極の外方への飛散を可能とする除去排出空間を形成しつつ前記エミッタ電極の前記先端部における前記分割溝部分に相当する個所を集束イオンビームで照射することを特徴とする請求項７に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項９】
前記針状部形成工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の再付着により生じる加工深さの差異をなくすように集束イオンビームの照射位置およびドーズ量を適宜変更することを特徴とする請求項４ないし請求項８のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１０】
前記針状部形成工程は、前記先端照射分割工程の前に、前記エミッタ電極の前記平坦面における前記各針状部の先端に相当する個所に荷電粒子ビームを用いてデポジション膜を設ける針状部先端被覆工程を行うことを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１１】
前記分割工程は、前記出射方向に略直交する方向から前記エミッタ電極の前記先端部の側面へ向けて集束イオンビームを照射して、該先端部を前記直交方向に貫通するように前記エミッタ電極の前記先端部における前記各延在柱部分に相当する個所を除く個所を除去して分割溝部分を形成することにより、前記各延在柱部分に分割する側面照射分割工程であることを特徴とする請求項６に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１２】
前記側面照射分割工程では、集束イオンビームの照射による除去加工の際、加工個所から除去された物質の前記エミッタ電極の外方への飛散を可能とする除去排出空間を形成しつつ前記エミッタ電極の前記先端部における前記分割溝部分に相当する個所を集束イオンビームで照射することを特徴とする請求項１１に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１３】
前記針状部形成工程は、前記分割工程の後、前記出射方向に略沿う方向から前記エミッタ電極の前記平坦面へ向けて集束イオンビームで照射して、分割された前記各延在柱部分の内、前記針状部に相当する個所を除く個所を除去することにより、前記各針状部の外形形状を整える針状部整形工程を有することを特徴とする請求項４ないし請求項１２のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１４】
集束イオンビームによる除去加工は、反応性ガスを用いて行うアシストエッチングであることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１５】
前記反応性ガスは、フッ化キセノンであることを特徴とする請求項１４に記載の電界放出型電子銃の製造方法。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造された電界放出型電子銃を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１８】
使用済みのエミッタ電極の針状部またはエミッタ電極の針状部の先端部分を有する電界放出型電子銃を回収し、回収した電界放出型電子銃のエミッタ電極またはエミッタ電極の針状部に請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の製造方法を適用することにより、回収した電界放出型電子銃を再生することを特徴とする電界放出型電子銃の再生方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の再生方法を用いて再生されたことを特徴とする電界放出型電子銃。
【請求項２０】
請求項１８に記載の再生方法を用いて再生された電界放出型電子銃を有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２１】
電界放出型電子銃に用いられるエミッタ電極であって、
先端部には、集束イオンビームの照射による除去加工が施されることにより、互いに独立して電子ビームの出射方向に伸長し、かつそれぞれの先端が前記出射方向と直交する同一の基準平面内に位置し、ついで各々が電子ビームの出射個所となる複数の針状部が形成されていることを特徴とする複数分割エミッタ電極。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００８−２０４８６８（Ｐ２００８−２０４８６８Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４１３２４（Ｐ２００７−４１３２４）
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（３０１０１４９０４）株式会社ナノジオメトリ研究所 (15)
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【出願人】（０００２２０３４３）株式会社トプコン (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（３０１０１４９０４）株式会社ナノジオメトリ研究所 (15)
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【出願人】（０００２２０３４３）株式会社トプコン (904)
【Ｆターム（参考）】
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