面辐射型电子源和绘制装置的制作方法

专利名称：面辐射型电子源和绘制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及等倍地统一进行使用电子射线的图形绘制的面辐射型电子源 和绘制装置，特别涉及即使在绘制区域大的情况下也能够等倍地统一进行使 用电子射线的图形绘制的面辐射型电子源和绘制装置。
背景技术：
最近普遍通过扫描电子射线从而在基板等上绘制规定的图形。但是，在 扫描电子射线来进行绘制的情况下消耗绘制时间。因此，使用电子射线在基 板上等倍地统一绘制规定的图形。
现在，提出了各种在基板上等倍地统一绘制规定的图形的电子射线曝光 装置和该电子射线曝光装置所使用的电子源(例如，参照专利文献1~专利
文献6 )。
专利文献1和专利文献2中公开了如图23所示的电子射线源200。该电 子射线源200在表面电极202上形成有电子通过层204。该电子通过层204 由多个纳米级的半导体微结晶206构成，该半导体微结晶206的表面上形成 有膜厚比半导体微结晶206的结晶粒直径还小的氧化膜208。从表面电极202 的表面202a辐射电子，该表面电极202的表面202a作为电子辐射面。
在该专利文献1、2中，电子射线源200在配置在真空中的状态下，电子 e通过强电场在由半导体微结晶206构成的电子通过层204中加速，在表面电 极202的表面202a附近，电子e的运动能量提高，在获得了超越制约电子运 动的电壁垒的能量之后，向真空中辐射电子。
专利文献3中公开了在绝缘基板上具有至少由1原子层以上10原子层以 下的厚度的A1N层或AlGaN层(其中，Al ( x) Ga ( 1 - x) N,且x>0.3 )， 以及5原子层以上50原子层以下的厚度的GaN层构成的多重壁垒层的氮化 物半导体共振隧穿(tunnel)电子辐射元件。
专利文献4中公开了一种电子射线源，其特征在于由以下部分构成，包 括在基才反上形成的多个电子辐射源；引出电极，其具有朝向上述电子辐射源的一个而形成为凸型的前端部，并且具有使电子射线通过的开口部；以及 移动部件，在形成上述电子辐射源的基板和上述引出电才及之间移动相对位置。
在专利文献5的量子化电子射线发生装置中，在n+型InP基板上分别形 成包含1 x l019/cm3浓度的硅的n +型InGaAs层、AlAso.56Sb。.44层以及 In0.53Ga0.47As层。此夕卜，在从In0.53Ga0.47As层到n +型InGaAs层的上层部中， 在平面矩形形状区域的周围，形成有绝缘性的隔离区(isolation)。被隔离区 包围的矩形区域的AlAs线Sbo.44层为势垒层，此外，其上的Ino.53Ga。.47As层为 势阱层。而且，露出势阱层的炸面圈状的电极隔开l~2|um的间隔配置在 In0.53Gao.47As层上，通过在该炸面圈状的电4及和n+型InP基板下面的电极之 间施加电压，从而在势阱上产生电场。
专利文献6的电子射线源具有松散质(bulk)区域、与该松散质区域相 邻并且电势比松散质区域高的壁垒区域、与该壁垒区域相邻并且电势比壁垒 区域低的阱区域、为了使与该阱区域相邻的空间电势倾斜而对空间施加电场 的电场施加部件，壁垒区域和阱区域的厚度被形成为使松散质区域的电子透 过壁垒区域和空间的透过率的峰值为100%。
专利文献l:(日本)特开2005 -317657号公报
专利文献2:(日本)特开2006 - 40725号公报
专利文献3:(日本)特开2006- 147518号公报
专利文献4:(日本)特开平7-296755号公报
专利文献5:(日本)特开平5 - 74333号公报
专利文献5:(日本)特开平10 - 79222号公报

发明内容
发明要解决的课题
在专利文献l、 2所公开的电子射线源200中，如图23所示，构成电子 通过层204的各纳米级的半导体微结晶206与包含对于面辐射型电子源100 的表面电极202的表面202a (电子辐射面)水平的分量的方向也接触。
在该专利文献1、 2所公开的电子射线源200中，如图24的能量带图所 示，在电子e被注入到电子通过层204之后(区域D2Q4 (参照图24))，由于 电子e的运动能量级别低于在半导体微结晶206界面形成的电壁垒小30，因此 电子e在包含对于电子辐射面(表面电极202的表面202a)水平的分量的方
8向的运动被制约并且直进。
但是，如图24的能量带图所示，在半导体微结晶206 (参照图23 )接触 的点附近，在获得超越由覆盖半导体微结晶206的氧化膜208 (参照图23 ) 所引起的电壁垒d)3o的能量的时刻，在相邻的某个半导体^B吉晶206中可能散射。
在专利文献l、 2中，在电子辐射面(表面电极202的表面202a)附近的 半导体微结晶206层内，在获得电子从表面电极202 (参照图23 )辐射所需 的、与表面电极202的工作函数(1)31相当的能量的区域0202、区域D205内， 电子的能量值一定超过电壁垒(J)3()。即，电子获得超越在半导体微结晶206 的界面形成的电壁垒小30的能量。由此，对电子e不产生量子封闭效应，电 子e被向相邻的任何一个微结晶散射。因此，存在这样的问题，即除了直进 的电子er以外还以某一概率发生不直进而被散射的电子es。因此，电子在所 有方向受到散射后被辐射。
由此，在专利文献l、 2中，存在以下问题，即除了作为弹道电子直进而 被辐射的电子之外，还同时辐射以大的角度被散射的高速电子。由于这样的 以大的角度被散射的电子，在电子射线曝光时，曝光图形的分辨率受到制约。
此外，使用专利文献l、 2所公开的电子射线源200,例如，为了得到超 微以上的分辨率，对电子射线进行聚束而需要统一强度的垂直强磁场(0.1T 以上)等。但是，由于在晶片这样的大面积上得到统一的强磁场是很困难的， 因此对等倍电子射线曝光的应用受到制约。
而且在专利文献l、 2中，在面辐射型电子源上没有以下结构，即将作为 从垂直于电子辐射面的方向向外侧扩展的绕射波而扩散的电子聚束到垂直于 电子辐射面的方向上的结构。进而，在专利文献l、 2中，在面辐射型电子源 上没有对辐射电子的直进性进行电控制的结构，也没有用于控制对于辐射电 子的直进性产生很大影响的电子源温度的结构。
而被辐射到真空中的结构，其电子辐射特性依赖于电场强度，但现实中也存 在以下问题，即可以通过热能量来跳过包含在电子通过层中的几处结构缺陷， 得到热能量的辅助而被辐射到真空中的电子混入到辐射电子中的问题。这样， 具有各个方向的运动量矢量，同时扩展辐射电子的能量分布，从而降低曝光 的分辨率，同时成为面电子射线的色像差的原因。
9而且，在专利文献l、 2中，为了将从面辐射型电子源辐射的面电子射线
进行图形化，而变化表面电极的形状，或者在表面电极上设置图形化了的掩 模，但这些成为在与相对的曝光对象之间形成同样电场的障碍。这是由于， 如果表面电极的形状为局部性，则面辐射型电子源和曝光对象之间的电力线 成为局部集中在该表面电极上的形状，电场成为局部，曝光像歪斜。此外， 在从掩模的开口部辐射电子射线时，在掩模的开口部一端产生电子射线的绕 射，曝光分辨率恶化。此外，还因为在表面电极上设置掩模的方法中，有掩 模的部分为凸状，成为电力线集中在此的形状，电场成为局部，曝光图像歪 斜。
专利文献3所公开的电子射线曝光装置用的面辐射型电子源通过与专利 文献l、 2类似的原理进行电子辐射，在元件表面附近，电子的运动能量提高， 不存在制约电子向包含对于电子辐射面水平的分量的方向的运动的电壁垒。 因此，存在以下问题，即获得了高的能量的电子被允许在表面附近向所有方 向散射，结果产生以大的角度被散射的高速电子。
专利文献4、 5、 6所公开的电子射线曝光装置用的面辐射型电子源中， 结构为在平面上隔离配置的各点电子源各自附近配置有用于将电子取出到真 空能级的各电极，从各电极的开口取出电子。因此，存在以下的问题，即由 于辐射电子从各点电子源向电极的开口圆锥状地扩散，因此要转印的图形的 分辨率受到制约。
本发明的目的在于提供一种用于消除基于所述现有技术的问题，即使在 绘制区域大的情况下，也能够等倍地统一进行使用电子射线的图形绘制的面 辐射型电子源和绘制装置。
用于解决课题的手段
为了达到上述目的，本发明的第一方式为一种面辐射型电子源，其特征 在于，具有平面状的第一电极；与所述第一电极相对设置的平面状的第二 电极；设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电子通过层；以及对所述 第二电极和所述第一电极施加电压的电源部，所述电子通过层中，隔开规定 的间隔而设置多个量子细线，并从所述第二电极的表面辐射电子，所述量子 细线在从所述第一电极朝向所述第二电极的第一方向上延伸，所述量子细线 由硅构成，所述量子细线在所述第一方向上以规定间隔形成多个粗细度细的 部分。此外，本发明的第二方式为一种面辐射型电子源，其特征在于，具有 平面状的第一电极；与所述第一电极相对设置的平面状的第二电极；设置在 所述第一电极和所述第二电极之间的电子通过层；以及对所述第二电极和所 述第一电极施加电压的电源部，所述电子通过层中，隔开规定的间隔而设置 多个量子细线，并从所述第二电极的表面辐射电子，所述量子细线在从所述 第一电极朝向所述第二电极的第一方向上延伸，所述量子细线由硅构成，在 所述第二电极和所述电子通过层之间，形成由绝缘体或半导体构成的层，在 所述第二电极的背面，在与所述各量子细线匹配的位置上，对于所述量子细 线形成凸部。
在本发明中所述量子细线优选在所述第一方向上以规定间隔形成多个粗 细度细的部分。
此外，在本发明中优选还具有将所述电子通过层保持在室温以下的温度 的温度调节部。
此外，在本发明中优选还在所述第二电极和所述电子通过层之间，形成 由绝缘体或半导体构成的层，在所述第二电极的背面，在与所述各量子细线 匹配的位置上，对于所述量子细线形成凸部。
此外，在本发明中优选由所述量子细线中的所述细的部分划分的区域构 成量子点(dot)。
此外，在本发明中优选还具有由多个管状部件捆绑而成的多孔部件以及 平面状的面电极，所述管状部件中，与一个端部的第一开口部相比，另一个 端部的第二开口部更宽，并且直径随着从所述第一开口部向所述第二开口部 而单调地增大，所述平面状的面电极与所述多孔部件的所述第二开口部侧相 连，所述管状部件由半导体或绝缘体构成，所述多孔部件连接到所述第二电 极的表面上，使得所述第一开口部朝向所述第二电极的表面。
此外，在本发明中优选还具有多孔部件，由多个管状部件捆绑而成， 所述管状部件中，与一个端部的第一开口部相比，另一个端部的第二开口部 更宽，并且直径随着^v所述第一开口部向所述第二开口部而单调地增大；电 极，设置在所述多孔部件的各所述管状部件上；第二电源部，在所述第二电 极和所述电极之间施加电压；以及控制部，对所述第二电源部的施加电压进 行控制，所述管状部件由半导体或绝缘体构成，所述多孔部件连接到所述第 二电极的表面上，使得所述第一开口部朝向所述第二电极的表面。此外，在本发明中优选所述第一电极在与从所述第二电极的表面辐射电 子的区域相当的区域配置导电体，在辐射电子的部分以外配置绝缘体。
此外，在本发明中优选在所述第二电极的表面设有被形成为规定图形的 电子吸收体。
此外，在本发明中优选在所述第一电极上设置多个开关元件，所述开关 元件连接到一个量子细线或多个量子细线，并可以设为导通状态、非导通状 态或半导通状态，并且所述各开关元件连接到所述电源部，所述面辐射型电 子源还包括开关控制部，用于使所述各开关元件中、设置在与从所述第二电
此外，在本发明中在所述量子细线由硅构成的情况下，优选所述量子细
线的4且细度为5nm以下。
此外，在本发明中优选所述量子细线的间隔为构成所述量子细线的物质 的原子间隔以上。
此外，在本发明中优选还具有》兹场施加部，在与所述第二电极的表面 垂直方向上施加^t场；电子辐射角^f企测器，纟企测在由所述电源部施加了电压 时，从所述第二电极的表面辐射的电子的辐射角；以及控制部，基于所述电 子辐射角检测器对所述电子的辐射角的检测结果，调节所述磁场施加部的磁 场强度。
此外，在本发明中优选还具有脉冲磁场施加部，在与所述第二电极的表 面垂直方向上施加脉沖石兹场，所述电源部对所述第二电才及和所述第一电极施 加脉冲电压，在由所述脉沖石兹场施加部施加所述脉冲^兹场的期间，所述电源 部对所述第二电极和所述第 一 电极施加脉冲电压。
此外，在本发明中优选在所述量子细线的所述第二电极侧的前端部形成 有电子吸收层，所述电子吸收层电连接到所述第二电极。
此外，本发明的第三方式提供一种绘制装置，其特征在于，具有面辐 射型电子源，其包括平面状的第一电极；与所述第一电极相对设置的平面 状的第二电极；设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电子通过层；以 及对所述第二电极和所述第一电极施加电压的电源部，所述电子通过层中， 隔开规定的间隔而设置多个量子细线，并从所述第二电极的表面辐射电子， 所述量子细线在从所述第一电极朝向所述第二电极的第一方向上延伸；以及 台，与所述面辐射型电子源的所述第二电极相对设置，并且在其表面上放置绘制对象物，所述面辐射型电子源的所述量子细线由硅构成，所述量子细线 在所述第一方向上以规定间隔形成多个粗细度细的部分。
本发明的第四方式提供一种绘制装置，其特征在于，具有面辐射型电 子源，其包括平面状的第一电极；与所述第一电极相对设置的平面状的第 二电极；设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电子通过层；以及对所 述第二电极和所述第一电极施加电压的电源部，所述电子通过层中，隔开规 定的间隔而设置多个量子细线，并从所述第二电极的表面辐射电子，所述量 子细线在从所述第一电极朝向所述第二电极的第一方向上延伸；以及台，与 所述面辐射型电子源的所述第二电极相对设置，并且在其表面上放置绘制对 象物，所述面辐射型电子源的所述量子细线由硅构成，在所述面辐射型电子 源的所述第二电极和所述电子通过层之间，形成由绝缘体或半导体构成的层， 在所述第二电极的背面，在与所述各量子细线匹配的位置上，对于所述量子 细线形成凸部。
在本发明中，优选所述面辐射型电子源的所述量子细线在所述第一方向 上以身见定间隔形成多个粗细度细的部分。
此外，在本发明中优选所述面辐射型电子源还具有磁场施加部，在与 所述第二电极的表面垂直方向上施加磁场；电子辐射角检测器，检测在由所 述电源部施加了电压时，从所述第二电极的表面辐射的电子的辐射角；以及 控制部，基于所述电子辐射角检测器对所述电子的辐射角的检测结果，调节 所述磁场施加部的磁场强度。
此外，在本发明中优选还具有检测器，检测从放置所述绘制对象物的 区域外的所述面辐射型电子源辐射的电子；以及控制部，基于所述检测器对 电子的^f企测量来调节所述电源的电压。
此外，在本发明中优选由所述面辐射型电子源的所述量子细线中的所述 细的部分划分的区域构成量子点。
此外，在本发明中优选还具有将所述面辐射型电子源的所述电子通过层 保持在室温以下的温度的温度调节部。
在本发明中优选所述面辐射型电子源还具有由多个管状部件捆绑而成的 多孔部件以及平面状的面电极，所述管状部件中，与一个端部的第一开口部 相比，另一个端部的第二开口部更宽，并且直径随着从所述第一开口部向所 述第二开口部而单调地增大，所述平面状的面电极与所述多孔部件的所述第二开口部侧相连，所述管状部件由半导体或绝缘体构成，所述多孔部件连接 到所述第二电极的表面上，使得所述第一开口部朝向所述第二电极的表面。
在本发明中优选所述面辐射型电子源还具有多孔部件，由多个管状部 件捆绑而成，所述管状部件中，与一个端部的第一开口部相比，另一个端部 的第二开口部更宽，并且直径随着从所述第 一开口部向所述第二开口部而单 调地增大；电极，设置在所述多孔部件的各所述管状部件上；第二电源部， 在所述第二电极和所述电极之间施加电压；以及控制部，对所述第二电源部 的施加电压进行控制，所述管状部件由半导体或绝缘体构成，所述多孔部件 连接到所述第二电极的表面上，使得所述第一开口部朝向所述第二电极的表 面。
在本发明中优选所述面辐射型电子源的所述第一电极在与从所述第二电 极的表面辐射电子的区域相当的区域配置导电体，在辐射电子的部分以外配 置绝缘体。
此外，在本发明中优选在所述面辐射型电子源的所述第二电极的表面设 有被形成为规定图形的电子吸收体。
此外，在本发明中优选在所述面辐射型电子源的所述第一电极上设置多 个开关元件，所述开关元件连接到一个量子细线或多个量子细线，并可以设 为导通状态、非导通状态或半导通状态，并且所述各开关元件连接到所述电 源部，所述面辐射型电子源还包括开关控制部，用于使所述各开关元件中、
为导通状态。 ' 发明的效果
根据本发明的面辐射型电子源和绘制装置，具有设置在第 一 电极和第二 电极之间的电子通过层；以及对第二电极和第一电极施加电压的电源部，电 子通过层中，隔开规定的间隔而设置多个量子细线，并从第二电极的表面辐 射电子，所述量子细线在从第一电极朝向第二电极的第一方向上延伸。在该 情况下，抑制了以下情况，即在电子通过层中，量子细线中的电子的移动由 于量子封闭效应而被限制在第一方向，因此电子跳过量子细线间，从其它的 量子细线辐射电子。由此，由于从第一方向辐射电子，因此可以提高从第二 电极的表面辐射的电子射线的直进性。由此，即使在绘制区域大的情况下， 也可以等倍地统一进行使用电子射线的图形绘制。
1

图1是表示本发明的第一实施方式的面辐射型电子源的示意图。
图2 (a)是在纵轴上取电子的能量，在横轴上取位置，用于说明本发明 的第一实施方式的面辐射型电子源的作用的能量带图，图2 (b)是在纵轴上 取电子的能量，在横轴上取位置，用于说明本发明的第一实施方式的面辐射 型电子源的作用的能量带图。
图3是表示本发明的第二实施方式的面辐射型电子源的示意图。
图4(a)是表示本发明的第三实施方式的面辐射型电子源的示意立体图， 图4 (b)是图4 (a)的示意侧视图。
图5 (a)是表示本发明的第三实施方式的面辐射型电子源的变形例的示 意立体图，图5 (b)是图5 (a)的示意侧^L图。
图6(a)是表示本发明的第四实施方式的面辐射型电子源的示意立体图， 图6 (b)是图6 (a)的示意侧视图。
图7 (a)是用于说明本发明的第四实施方式的面辐射型电子源的动作的 示意局部放大图，图7 (b)是在纵轴上取电子的能量，在横轴上取位置，用 于说明本发明的第四实施方式的面辐射型电子源的动作的能量带图。
图8(a)是表示本发明的第五实施方式的面辐射型电子源的示意立体图， 图8 (b)是将图8 (a)的要部放大表示的示意截面图。
图9 (a)是表示本发明的第五实施方式的面辐射型电子源的第一变形例 的示意图，图9 (b)表示本发明的第五实施方式的面辐射型电子源的第二变 形例的示意图。
图10(a)是表示本发明的第六实施方式的面辐射型电子源的示意立体图， 图10 (b)表示本发明的第六实施方式的面辐射型电子源的结构的方框图。
图11 (a)是图10 (a)所示的本发明的第六实施方式的面辐射型电子源 的背面电极的放大图，图11 (b)是图11 (a)所示的背面电极的要部放大图， 图11 (c)是图11 (a)所示的背面电极的要部部分截面图。
图12是表示本发明的第七实施方式的面辐射型电子源的示意图。 图13是表示本发明的第八实施方式的面辐射型电子源的示意图。 图14是表示本发明的第九实施方式的面辐射型电子源的示意图。 图15是表示本发明的第十实施方式的绘制装置的示意图。图16是表示本发明的第十一实施方式的绘制装置的示意图。
图17是表示本发明的第十二实施方式的绘制装置的示意图。 图18是表示本发明的第十三实施方式的绘制装置的示意图。 图19是表示本发明的第十四实施方式的绘制装置的示意图。 图20是表示本发明的第十五实施方式的绘制装置的示意图。 图21是用于说明本发明的第十五实施方式的绘制装置的绘制方法的示 意图。
图22 (a)是表示本实施方式的绘制方法的标记(mark)检测结果的一 例的曲线图，图22 (b)是表示本实施方式的绘制方法的标记检测结果的另 一例的曲线图。
图23是表示专利文献1和专利文献2所公开的电子射线源的示意图。 图24是在纵轴上取电子的能量，在横轴上取位置，专利文献l和专利文 献2所公开的电子射线源中的能量带图。 符号说明
10、 10a、 10b、 10c、 10d面辐射型电子源
12、 62表面电招^
12a、 14a、 52a、 62a表面
12b、 14b背面
14、 52背面电^L
16电子通过层
18电源部
20量子细线
22量子点
30温度调节部
32冷却单元
34冷却器
36气体提供部
38力口热单元
38a、 38b加热部
39划分部
40力口热控制部50背面辅助电极
54a、 54b、 54c导电体 56绝缘体
58a、 58b、 58c区i或
60基板
64凸部
66层
68凹部
72多孔部件
74电子飞3夭管
76第一面电极
77第一电场施加部
77a第二电场施加部
78开口部
79第二面电极
80、 80a、 80b绘制装置
82真空室(chamber)
84台
86基板
88检测传感器
90乘法部
92比较部
94电源4空制部
200电子射线源
202表面电极
204电子通过层
206半导体微结晶
208氧化膜
s间隔
S绘制区域
具体实施例方式
以下，基于附图所示的优选实施方式来详细说明本发明的面辐射型电子 源和绘制装置。
这里，图1是表示本发明的第一实施方式的面辐射型电子源的示意图。
图l所示的面辐射型电子源IO具有平面状的表面电极(第二电极)12、 平面状的背面电极(第一电极)14、电子通过层16、电源部18,表面电极 12和背面电极14相对配置，在表面电极12和背面电极14之间形成有电子 通过层16。表面电极12、背面电极14、电子通过层16相连。
此外，电源部18用于对表面电极12和背面电极14施加直流电压，表面 电极12侧为正电位。由此，从表面电极12的表面12a辐射电子e。
表面电极12和背面电极14只要是平面状，则其形状不特别限定。
作为表面电极12和背面电极14的材料，例如可以使用金属、半导体、 碳、碳化合物以及导电性材料。
电子通过层16中隔开规定的间隔s设置多个量子细线20,所述量子细线 20在从背面电极14朝向表面电极12的第一方向X上延伸。
在电子通过层16中，由于量子细线20具有从背面电极14的表面Ma到 表面电极12的背面12b的长度，量子细线20对于背面电极M的表面Ma以 及表面电极12的背面12b分别垂直连接。如后所述，由于从各量子细线20 辐射电子e，因此通过电子通过层16中的量子细线20的配置状态决定绘制的 分辨率。
在本实施方式中，在量子细线20上，例如在第一方向X上，以规定的 间隔例如形成三个粗细度不同的区域。该粗细度不同的区域中，第一方向上 的粗细度细的部分成为端部20a,构成由各端部20a划分的量子点22。
在量子细线20中，例如形成三个量子点22，通过在量子细线20的两端 施加电压使各量子点22中的电子能量能级的值一致，从而产生量子点22间 的共振隧穿效应引起的电子的传导。
此外，在量子细线20中，例如通过氧、氮、碳、氢或氯等的原子对表面 进行终端，从而可以实现电传导的经时稳定性。
量子细线20由粗细度具有使量子效应显著化的大小的细线状的导电体 构成，量子细线20例如由金属、碳、碳化合物、电荷移动络合物、导电性高 分子或半导体构成。该量子细线20的粗细度在最粗处例如为10nm以下，在量子细线20由 硅构成的情况下，在最粗处，量子细线20的粗细度为5nm以下。
此外，量子细线20的间隔s根据构成量子细线20的物质而不同，例如， 为构成量子细线20的物质的原子间隔以上，优选为0.5nm以上。在本实施方 式中，通过量子细线20的间隔s决定绘制的分辨率。
表面电极12在本实施方式中使表面12a和背面12b平坦化，但不限定于 此。例如，为了提高从表面12a辐射后的电子e的直进性，对于表面电极12， 也可以在与各量子细线20的上部匹配的区域局部设为凹面形状。
此外，各量子细线20并不限定于与表面电极12或背面电极14连接，即 直接电性接触，也可以各量子细线20其周围由纳米级的绝缘体覆盖，电载流 子通过隧穿效应在表面电极12或背面电极14和各量子细线20之间传导。
此外，构成电子通过层16的量子细线20中也可以不形成量子点22而粗 细度为一定。在该情况下，量子细线20的粗细度d仅仅是量子细线20的粗 细度。
在本发明中，纳米级是lnm 100nm,是指发现量子封闭效应的大小。
以下，说明本实施方式的面辐射型电子源IO的作用。
这里，图2 (a)所示的能量带图中所示的参照符号D^表示相当于表面 电极12的区域，参照符号D，4表示相当于背面电极14的区域，参照符号D,6 表示相当于电子通过层16的区域。另外，假设表面电极12的表面Ua与真 空空间Sv^妄触。
此外，在图2(a)中，4)21表示量子细线20中的电子的最低能量。电子 e通过Fowler-Nordheim型隧道或来自背面电极14侧的紫外光照射等从背面 电极14 ^皮注入到电子通过层16中。
在本实施方式中，如图2(a)所示，在以相当于表面电极12的区域D,2 的费米(fermi)能级作为电位基准的情况下，可以使量子细线20的真空能级 4)20成为电子从表面电极12的表面12a(电子辐射面)辐射到真空空间Sv所 需的能量E2。以上。因此，在本实施方式的面辐射型电子源10中，在量子细 线20的电传导体(导电体)中，电子不会散射到包含对于电子辐射面水平的 分量的方向上。即，可以得到直进性高的电子射线。
此外，图2 (a)中，绘制为在真空空间Sv中存在电场，但该电场不一 定是必须的。此外，由于量子细线20的量子封闭效应，电子e所允许的运动
19为直进或向正后方退回的某一个，电子e的移动受限制，不能以其它的大角 度被散射。
此外，在本实施方式中，如图2 (b)所示的能量带图这样，也可以设置 由存在于真空空间Sv中的电场形成的三角势能Pt，从而通过隧穿效应使电子 e透过。由于该方法的优点，可以不需要以往的电场辐射型电子源所不可缺的、 用于从电子源取出电子的高真空空间和强电场。这是由于在电子e被辐射到 真空空间之前，被加速到与相当于形成电子辐射面的物质的工作函数的能量 相同程度的级别。
温从而将电子取出到真空中的方式相比较，不需要加热，可以得到稳定的长 寿命的电子辐射。
这样，在本实施方式的面辐射型电子源10中，可以通过电子通过层16 的量子细线20的结构，对于各量子细线20，可以从表面电极12的表面12a (电子辐射面)在大致垂直方向上取出直进性高的电子e。因此，通过使用面 辐射型电子源10，可以使用直进性高的电子射线以高的分辨率等倍地统一进 行图形绘制。进而，通过变化面辐射型电子源10的表面电极12 (电子通过 层16)的大小，即使在绘制区域大的情况下，也可以等倍地统一进行图形绘 制。这样，通过使用面辐射型电子源10，即使在绘制区域大的情况下，也可 以等倍地统一进行、而且高分辨率地进行使用电子射线的图形绘制。
此外，在本实施方式中，由于可以从表面电极12的表面12a (电子辐射 面)在大致垂直方向上取出电子e，因此，以往为了形成电子射线而必须在电 子源外部设置电子透镜，但在本实施方式的面辐射型电子源10中，不一定需 要，可以简化结构。
进而，在本实施方式的面辐射型电子源10中，电子的散射由于电子通过 层16的结构而受到抑制，因此要被辐射的电子已经成为具有高直进性的电 子，不需要用于校正辐射电子的方向的磁场，或者小于0.1T的强度的弱磁场 就足够，其统一性也不必很严密。因此，可以简化结构。
此外，在本实施方式的面辐射型电子源10中，由于不需要加热，因此与 以往的将电子源加热到高温后将电子取出到真空中的热阴极电场辐射型电子 源相比，也可以得到稳定的长寿命的电子辐射，进而，由于不需要加热，因 此可以简化结构。另外，图1所示的面辐射型电子源也可以变形，以与大面积的曝光对象 保持同一距离。例如，在塑料基板(未图示)上设置面辐射型电子源IO的背
面基板14，通过使塑料基板变形从而可以与大面积的曝光对象保持同一距离。 接着，说明本实施方式的面辐射型电子源IO的制造方法。 首先，例如在石英基板(未图示)上，例如通过热CVD法形成厚度为
300nm的鴒的薄膜。将该鴒的薄膜作为背面电极14 (参照图1)。
接着，在该背面电极14上例如将间隙s设为约lnm，通过硅形成量子细
线20 (参照图1)。
在该情况下，最初将基板14导入CVD用真空室内，然后，例如通40
秒SiH4气体，通过SiH4气体的热分解，例如在背面电极14上成长直径约3nm
的硅粒。然后，停止向CVD用真空室内导入SiH4气体，回到原来的真空状 太
心o
接着，例如，照射60秒氧等离子体，从而使得硅粒表面氧化。由此，在 照射氧等离子体之前，即使相邻的硅粒接触，也从硅粒界面起优先进行氧化， 在相邻的硅粒之间形成氧化膜。在该情况下，在各硅粒界面上形成约lnm的
氧化膜。
反复进行通过SiH4气体的热分解使硅粒的成长以及硅粒表面的氧化处 理，在背面电极14表面被硅粒填满的时刻，通过CF4气体的反应性离子蚀刻 而除去最表面的硅氧化膜。由此，在硅形成膜的表面形成硅粒的最上部露出 的结构。另外，在除去最表面的硅氧化膜的情况下，硅粒间的氧化膜不除去。 这样，形成由硅粒填满的第一层。这里，硅粒的成长几乎各向同性。
接着，第二层以后也与第一层同样形成。例如，导入SiH4气体，在第一 层的硅粒上产生由其热分解引起的硅粒的成长。在硅粒成长后，通过进行氧 等离子体的照射将硅粒表面氧化。反复进行硅粒的成长和硅粒表面的氧化， 在第二层被硅粒填满的时刻，通过CF4气体的反应性离子蚀刻，仅除去最表 面的硅氧化膜。另外，在硅氧化膜上成长了的硅粒的核通过该反应性离子蚀 刻处理而与硅氧化膜一 同^C除去。
重复上述工序例如直到形成IO层为止。在形成第IO层之后，使用基于 HF水溶液的湿蚀刻，将存在于硅细线间的硅氧化膜除去。在该时刻得到多个 直径为3nm的细线状的硅分离并立的结构。这样，由直列堆积的硅粒形成硅 细线，得到量子细线20。另外，量子细线20的长度即最终的电子通过层16的厚/变例如为约50nm。
可以得到以下结构，即各量子细线20和与其相邻的量子细线20的间隙 s设为约lnm，对各量子细线20延伸的第一方向X (参照图1 )进行排列， 使其与背面电极14的表面14a和作为电子辐射面的表面电极12的表面12a 大致垂直。在该状态下，在电子通过层16的上部通过真空蒸镀法形成10nm 的厚度的金的镀膜，从而形成表面电极12。
例如，将通过上述制造方法制造的本实施方式的面辐射型电子源10配置 在真空室内，将表面电极12设为正，然后在其与背面电极14之间施加电位 差时，电子从背面电极14被注入到由多个量子细线20构成的电子通过层16， 并由背面电极14和表面电极12的电位差加速。由金薄膜形成的表面电极12 的工作函数在该情况下例如为5eV,所以在电子通过层16中，在获得大致等 于5eV的能量后，从表面电极12的表面12a辐射电子e。
接着，说明本发明的第二实施方式。
图3是表示本发明的第二实施方式的面辐射型电子源的示意图。
另外，在本实施方式中，对于与图1所示的第一实施方式的面辐射型电
子源相同结构的部件附以同一符号，并省略其详细的说明。
图3所示的面辐射型电子源10a与第一实施方式的面辐射型电子源IO(参
照图1)相比，不同之处在于具有使电子通过层16保持在室温以下的温度的
温度调节部30，除此以外的结构与第一实施方式的面辐射型电子源10的结
构相同，因此省略其详细说明。
这里，本发明中的室温以下的温度是指以下的温度T！和温度T2。
首先，室温以下的温度T,是在将量子细线20内离散化的电子能量能级
设为S!时，对于该s,，使得s^k' T!的温度。另外，k是波尔兹曼常数。 此外，室温以下的温度丁2是在将存在于电子通过层16的电子的阱能级
和量子细线20内的电子能量能级间的能量设为s2时，对于该￡2，使得s
2>k . 丁2的温度。
如图3所示，温度调节部30具有冷却单元32、加热单元38。 冷却单元32例如具有焦耳_汤姆孙效应型的冷却器34,以及对该焦耳
-汤姆孙效应型的冷却器34提供高压气体的气体提供部36。该气体提供部
36中例如被填充了氮气。
加热单元38被设置在背面基板14的背面14b上。该加热单元38具有加热器和热电偶一体形成的加热部38a、 38b和加热控制部40，所述加热控制部 40基于各加热部38a、 38b的各热电偶的检测温度，对各加热部的发热量进行 调整。另外，加热部38a、 38b通过划分部39而热绝缘。在本实施方式中，例如从气体提供部36向冷却器34提供高压氮气时， 可以通过焦耳-汤姆孙效应将面辐射型电子源10a冷却到77K为止。但是， 单纯进行冷却的话，由于驱动面辐射型电子源10a所产生的热的影响或者通 过对面辐射型电子源10a进行固定的保持器等传导的热的影响，面辐射型电 子源10a的全部区域不会成为统一的温度。此外，从面辐射型电子源10a辐射的电子e的量依赖于从背面电极14注 入到电子通过层16中的电子的量。但是，从背面电极14注入电子通过层16 的电子的量具有温度依赖性，因此产生以下情况，即电子的辐射量根据面辐 射型电子源10a的表面电极12的表面12a的场所而不同。进而，由于构成面辐射型电子源IO的材料的体积依赖于温度而改变，如 果在面辐射型电子源10a中温度不统一，则构成面辐射型电子源10a的材料 的体积的变化不同，即体积的变化不统一，面辐射型电子源10a也可能产生 歪斜。为了消除由这样的温度不均引起的不便，对面辐射型电子源10a的背 面电才及14设置多个加热部38a、 38b。如图3所示，在本实施方式中，加热部38a、 38b的数为2但不限于2。 在本实施方式中，也可以设置更多的加热部。在本实施方式中，例如也可以将面辐射型电子源10a"i殳为方形，将背面 电极14的背面14b上的区域按照二维矩阵状划分为纵100 x横100的坐标区 域，在各划分中分别设置加热部(加热器以及热电偶的组)。这里，对各划分中的各坐标区域设为(纵的坐标、横的坐标)=(i、 j)， 将各坐标区域中的温度表示为T(i、 j)。基于由热电偶测定的温度的值，通 过加热控制部40求与邻接于规定的坐标区域(i、 j)的各坐标区域的温度差 之和、-4x丁(i、j) +T(i-l、j) +T(i+l、j) +T(i、j-1) +T(i、 j+l)。而且，通过坐标区域(i、 j )的加热器提供与该温度差之和成比例的热量。 在全部坐标区域中温度统一的状态下，来自全部加热器的热的提供消失，达 到统一的温度分布。在本实施方式中，在使用高压氮气的情况下，通过该方法，在电子通过23层16中得到约100K的统一的温度分布。此外，在电子通过层16中，在要得到更低温度的情况下，变更提供给冷 却器34的高压气体的种类即可。另夕卜，在本实施方式中，冷却器34设为利用焦耳-汤姆孙效应的冷却器， 但不限定于此，例如，只要是到达温度为77K左右的冷却器，也可以使用其 它方式的冷却器。作为冷却器34，例如可以-使用吉福特-麦克马洪冷冻^L。在本实施方式中，从面辐射型电子源10a辐射的电子的量依赖于从背面 电极14注入电子通过层16的电子量，并且具有温度依赖性，有时电子辐射 量根据面辐射型电子源10a的表面电极12的表面12a的位置而不同。而且， 由于构成面辐射型电子源的材料的体积依赖于温度而不同，因此面辐射型电 子源中也可能发生歪斜。但是，在本实施方式中，通过设置温度调节部30来 抑制温度的不统一，从而抑制面辐射型电子源10a的场所引起的电子辐射量 的偏差，进而也抑制面辐射型电子源10a中的歪斜的产生。此外，现实中，电子可能由于热能量而跳过包含在电子通过层16中的几 个形成结构缺陷的能量能级间。这样的电子很多情况下得不到被辐射到真空 中的足够的能量而成为无效的电流。此外，具有各种运动量矢量和能量的电 子受到热能量的帮助而被辐射到真空中，从而降低从电子辐射面辐射的电子 射线的分辨率，同时在面辐射型电子源和曝光对象的相对位置变动了的情况 下，面电子射线产生色像差。但是，对此，在本实施方式中，也通过设置温 度调节部30来抑制温度的不统一，从而不会降低电子射线的分辨率，而且还 能抑制色像差的发生。此外，通过对于在量子细线20内离散化的电子能量能级间的能量s ，将 电子源的温度T统一调整为s>k T， ^^而可以不产生该电子能量能级间的 声子散射，有助于电子射线的分辨率的提高。在本实施方式中，将面辐射型电子源10a导入真空室内，将表面电极12 设为正，然后在从电源部18对表面电极12和背面电极14之间施加电压的情 况下，电子从背面电4及14注入到由多个量子细线20构成的电子通过层16, 并且电子由背面电极14和表面电极12的电位差加速。在该情况下，可以通过温度调节部30使电子通过层16例如成为约100K 的统一的温度分布。在该状态下，电子辐射量的偏差被抑制，面辐射型电子 源10a中的歪斜的发生也被抑制，进而色像差的发生也被抑制。因此，与第一实施方式的面辐射型电子源IO相比，可以使用直进性更高的电子射线以高分辨率且等倍地统一进行图形绘制。此外，通过改变面辐射型电子源10a的 表面电极12 (电子通过层16)的大小，从而即使在绘制区域大的情况下，也 可以等倍地统一进行图形绘制。另外，通过使用本实施方式的面辐射型电子 源10a,从而即使在绘制区域大的情况下，也可以等倍地统一进行、而且以高 分辨率进行使用了直进性更高的电子射线的图形绘制，这是不言而喻的。此外，在本实施方式的面辐射型电子源10a的制造方法中，仅仅安装温 度调节部30的工序不同，其它工序与第一实施方式的面辐射型电子源10的 制造方法相同，因此省略其详细的:说明。接着，说明本发明的第三实施方式。图4(a)是表示本发明的第三实施方式的面辐射型电子源的示意立体图， 图4 (b)是图4 (a)的示意侧视图。另外，在图4(a)中，将各部件分离绘 制，但这是为了说明而进行的分离，实际上各部件相连。此外，电源部18的 图示被省略。此外，在本实施方式中，对于与图1所示的第一实施方式的面辐射型电 子源相同结构的部件附以相同符号并省略其详细的说明。图4 (a)和图4 (b)所示的面辐射型电子源10b与第一实施方式的面辐 射型电子源10 (参照图1)相比，背面电极52形成在背面辅助电极50上， 同时背面电才及52的结构不同，而且电源部18与表面电才及12和背面辅助电^L 50连接的点不同，除此以外的结构与第一实施方式的面辐射型电子源10b相 同，因此省略其详细说明。在本实施方式中，背面电极52具有以任意图形设置的导电体54a、 54b、 54c和设置在导电体54a、 54b、 54c以外的部分的绝缘体56。背面电极52连 接到背面辅助电极50的表面50a。该导电体54a、 54b、 54c的构成只要是具 有导电性的金属、合金等，不特别限定。此外，绝缘体56例如为SiN或Si02。在本实施方式中，将面辐射型电子源10b导入到真空室内，将表面电极 12设为正，然后在从电源部18对表面电极12和背面辅助电极50之间施加 电压的情况下，电子从背面电极52经由背面辅助电极50被注入到由多个量 子细线20构成的电子通过层16,并且电子由背面电极52和表面电极12的 电^立差力口速。在该情况下，通过电子通过层16的量子细线20的电子e不会向包含对于表面电极12的表面12a (电子辐射面)水平的分量的方向散射，因此在保 持着由配置在背面电极52上的导电体54a、 54b、 54c的形状所表示的二维图 形的形状的状态下，可以从与导电体54a、 54b、 54c对应的表面电极12的各 区域58a、 58b、 58c作为直进性高的图形化面电子射线e"皮辐射。因此，在 对绘制对象形成规定的图形的情况下，可以提高通过电子射线的绘制图形的 分辨率。而且，以往，为了使电子射线图形化而改变表面电极的形状或者在表面 电极上设置掩模，但在本实施方式中，不必向以往那样来改变表面电极的形 状，而且也不必在表面电极12上设置掩模，可以简化结构。另外，在本实施方式中，除了上述效果以外，当然也可以得到与第一实 施方式的面辐射型电子源10同样的效果。此外，在本实施方式的面辐射型电子源10b的制造方法中，仅背面电极 52的制造方法不同，其它工序与第一实施方式的面辐射型电子源10的制造 方法相同，因此省略其详细说明。另外，背面电极52例如使用半导体基板形成。在对背面电极52使用了 半导体基板的情况下，通过在成为导电体54a、 54b、 54c的部分添加发现导 电性的程度的量的杂质来制作。另外，背面电极52例如使用绝缘性基板形成。在对背面电极52使用了 绝缘性基板的情况下，通过在成为导电体54a、 54b、 54c的部分层叠金属或 合金等具有导电性的材料来制作。此外，在本发明的第三实施方式中，也可以如图5 (a)和图5 (b)所示 的面辐射型电子源10c这样，对背面辅助电极50设置基板60。在该情况下，面辐射型电子源10c使背面电极52的形状为任意的二维图 形，并在没有导电体54a、 54b、 54c的部分设置绝缘体。进而，在背面电极 52和基板60之间设置背面辅助电极50。背面辅助电极50和背面电极52电 接触。如果在背面辅助电极50和表面电极12之间施加电压，则从背面电极 52注入的电子通过电子通过层16的量子细 线20, ia在电子通过层16中，如 上所述，由于电子不会向包含对于电子辐射面水平的分量的方向上散射，因 此在由背面电极52的形状所表示的二维图形保持其形状的状态下，在表面电 极12中，从与导电体54a、 54b、 54c对应的各区域58a、 58b、 58c作为图形 化电子射线ep被辐射。在本发明的第三实施方式的变形例的面辐射型电子源10c中，也无需为 了使电子射线图形化而改变表面电极的形状，而且也不必在表面电极上设置 掩模，因此在面辐射型电子源和曝光对象之间形成大致完全一样的电场，可 以提高电子射线曝光时的曝光图形的分辨率。另外，在该情况下，当然也可以得到与第一实施方式的面辐射型电子源10同样的效果。接着，说明本发明的第四实施方式。图6(a)是表示本发明的第四实施方式的面辐射型电子源的示意立体图， 图6 (b)是图6 (a)的示意侧视图。另外，在图6 (a)中，将各部件分离绘 制，但这是为了说明而进行的分离，实际上各部件相连。此外，电源部18以 及层66的图示^L省略。此外，在本实施方式中，对于与图1所示的第一实施方式的面辐射型电 子源相同结构的部件附以相同符号，并省略其详细的说明。图6 (a)以及图6(b)所示的面辐射型电子源10d与第一实施方式的面 辐射型电子源10 (参照图1)相比，不同之处在于在基板5上形成背面电极 14,以及表面电极62的结构，而且在表面电极62和电子细线20之间形成层 66这一点也不同，除此以外的结构与第一实施方式的面辐射型电子源10的 结构相同，因此省略其详细的说明。在本实施方式中，基板5由石英玻璃等玻璃基板、半导体基板、塑料基 板、以及金属板等构成。如图6 (b)所示，表面电极62与第一实施方式的表面电极12不同之处 在于在与量子细线20匹配的位置上形成了凸部64,除此以外的结构与第一 实施方式的表面电极12的结构相同，因此省略其详细的说明。此外，层66形成在表面电极62和电子通过层16的量子细线20之间， 由半导体或绝缘体构成。层66形成有与表面电极62的凸部64匹配的凹部 68，凸部64嵌入到凹部68。在本实施方式的面辐射型电子源10d中，电源部18与表面电极62以及 背面电极14连接。设表面电极62为正，若通过电源部18对表面电极62和 背面电极14施加电压时，则电子e在电子通过层16的各量子细线20中加速， 并从表面电极62的表面62a辐射电子e。这里，图7 (a)是用于说明本发明的第四实施方式的面辐射型电子源的动作的示意局部放大图，图7 (b)是纵轴取电子的能量，横轴取位置，用于说明本发明的第四实施方式的面辐射型电子源的动作的能量带图。
另外，图7 (b)所示的能量带图中所示的参照符号062表示与表面电极
62相当的区域，参照符号d68表示与量子细线20和凸部64之间的凹部68相当的区域，参照符号D2o表示与电子通过层16的量子细线20相当的区域。
此外，在本实施方式中，通过在量子细线20和表面电极62之间设置凹部68，可以调整使从量子细线20向表面电极62运动的电子e的方向聚集，并且从表面电极62向真空中辐射电子e之后的电子e的方向与表面电极62大致垂直，如图7 (b)所示，所述凹部68使得对于在量子细线20是金属的情况下由该金属的费米能级测得的真空能级的能量EQ，以及在量子细线20是半导体或绝缘体的情况下由该半导体或绝缘体的传导带底部测得的真空能
级的能量E,，从构成凹部68的绝缘体或半导体的传导带的底部测得的真空能级的能量E2为E2<Eq或者E2<E,。
在量子细线20中，被加速到真空能级的能量Eo的电子的电子波的波长如果^^注入凹部68则其波长延伸。因此，在/人量子细线20的前端部20b向表面电极62运动的电子e为从垂直于表面电极62的方向向外侧扩散辐射的电子ea的情况下，电子ea通过凹部68而向垂直于表面电极62的方向聚集，得到聚集了的电子ee。
另外，通过改变从绝缘体或半导体的传导带底部测得的真空能级的能量E2的值或凹部68的曲率或凹部的厚度来调整聚集的程度。此外，通过调整层66和量子细线20之间的电位差或凸部64和层66之间的电位差，从而可以改变电子e的聚集程度。
例外，如果对表面电极62侧也设为凹面形状，则对于在构成表面电极62的材料是金属的情况下由该金属的费米能级测得的真空能级的能量E3，以及在构成表面电极62的材料是半导体的情况下由该半导体的传导带底部测得的真空能级的能量E4 ，设为E2<E3或者E2<E4 ，可以进 一 步增强电子的聚集，并且与第一实施方式相比，可以进一步提高从表面电极62的表面62a辐射的电子e的直进性。
在本实施方式中，将面辐射型电子源10a导入真空室内，将表面电极62设为正，然后通过从电源部18对表面电极62和背面电极14之间施加电位差时，电子从背面电极14被注入到由多个量子细线20构成的电子通过层16，并且电子由背面电极14和表面电极62的电位差加速。电子通过层16中获得与表面电极62的工作函数相等的能量后，从表面电极62的表面62a辐射电子。在该电子辐射时，电子射线通过凹透镜形状的凹部68的结构被聚集，使得电子e在对于表面电极12的水平方向上不具有运动分量。
由此，在本实施方式中，与第一实施方式的面辐射型电子源IO相比，可以使用直进性更高的电子射线以高的分辨率等倍地统一进行图形绘制。此外，通过改变面辐射型电子源10d的表面电极62 (电子通过层16)的大小，从而即使在绘制区域大的情况下，也可以等倍地统一进行图形绘制。另外，通过使用本实施方式的面辐射型电子源10d，即使绘制区域大的情况下，也可以等倍地统一进行、而且以高分辨率进行使用直进性更高的电子射线的图形绘制，这是不言而喻的。
此外，在本实施方式中，采用在表面电极62上形成凸部64并填充到凹部68中的结构，但本发明不限定于此。例如，也可以不设置凸部而将表面电极62减薄，从而表面电极62的表面的形状局部凹陷。
接着，说明本实施方式的面辐射型电子源10d的制造方法。
在本实施方式中，到形成电子通过层16的工序为止与第一实施方式的工序同样，因此省略其详细说明。
在本实施方式中，例如在由石英玻璃构成的基板5上形成厚度为300nm的钨的薄膜并得到背面电极14。在该背面电极14的表面14a上形成电子通过层16。
该电子通过层16作为量子细线20例如使用硅细线，如图6 (b)所示，各量子细线20和与其邻接的量子细线20的间隙s例如为lnm。此外，各量子细线20的粗细度d在最大处为10nm。
此外，电子通过层16形成由硅粒填满的第一层，进而在该第一层的硅粒子上成长硅粒。反复进行该硅粒的成长，例如成长10层硅粒。由此，通过直列积累的硅粒形成硅细线即量子细线。
在形成了第10层硅粒后，即，在形成了电子通过层16后，通过使用HF水溶液的湿蚀刻将存在于硅细线间的硅氧化膜除去。在该时刻得到多个直径约3nm的细线状的硅分离并立的结构。
各量子细线(硅细线)的上部前端为半球状。
接着，对量子细线(硅细线)的上部前端的表面进行氧等离子体照射，
29形成厚度约lnm的氧化膜。此时，各量子细线(硅细线)之间，仅上部前端由氧化膜填充。
接着，通过CF4气体的反应性离子蚀刻而除去仅最表面的硅氧化膜。此时，硅细线间的氧化膜不除去。
接着，例如导入SiH4气体，在硅粒上产生通过其热分解引起的硅粒的成长。此时，成长的硅粒的直径约为3nm。
在硅粒的成长后，通过进行氧等离子体照射来对硅粒表面进行氧化。此时，在比形成电子通过层16时的氧化条件长的时间进行氧等离子体照射，在先形成的硅细线的上端和硅粒之间形成厚度约为2nm的硅氧化膜。从而，通过本实施方式的制造方法，形成的硅粒与量子细线不连接。
接着，在电子通过层16的表面被硅粒的填满的时刻，如上所述，通过CF4气体的反应性离子蚀刻除去最表面的硅氧化膜而不除去硅粒间的硅氧化膜。另外，在硅氧化膜上成长了的硅粒的核通过该反应性离子蚀刻处理与硅氧化膜一同被除去。由此，在电子通过层16的表面上形成露出了硅粒的最上部的结构。这样，在硅粒和硅细线上端之间形成两侧具有大致球面的凹透镜形状的凹部的层66 (氧化层)。
接着，通过CCU气体的反应性蚀刻除去硅粒。然后，在形成了凹透镜形状的凹部的层66的上部，通过真空蒸镀法形成10nm厚度的金的薄膜作为表面电极12。此时， 一边进行加热一边进行真空蒸镀，在凹透镜形状的凹部68填充金。这样，形成如图6 (a)以及图6 (b)所示的面辐射型电子源10d。
在本实施方式的面辐射型电子源10d中，例如以50kV的电压加速从面辐射型电子源10d辐射的电子，通过电子射线在涂敷了电子射线抗蚀剂PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)后的半导体晶片上进行绘制时的分辨率可以为约5nm。
接着，说明本发明的第五实施方式。
图8(a)是表示本发明的第五实施方式的面辐射型电子源的示意立体图，图8 (b)是将图8(a)的要部放大表示的示意剖面图。
另外，在图8(a)中，将各部件分离绘制，但这是为了说明而分离的，实际上各部件相连。
此外，在本实施方式中，对于与图1所示的第一实施方式的面辐射型电子源相同结构的部件附以相同标号，并省略其详细说明。图8 (a)以及图8 (b)所示的面辐射型电子源10e与第一实施方式的面辐射型电子源10 (参照图1)相比，不同之处在于，在第一实施方式的面辐射型电子源IO(参照图1)的表面电极12的表面12a上设置多孔部件72、第一面电极76以及第二面电极79,除此以外的结构与第一实施方式的面辐射型电子源IO的结构相同，因此省略其详细的说明。
在本实施方式中，如图8(a)所示，多孔部件72由多个电子飞跃管(管状部件)74捆绑而成，所述电子飞i 天管中，与一个端部的第一开口部74a相比，另一个端部的第二开口部74b更宽，并且直径随着,人第一开口部74a向第二开口部74b而单调地增大。该电子飞跃管74例如由半导体或绝缘体构成。
多孔部件72设置在表面电极12的表面12a上，使得第一开口部74a朝向表面电纟及12的表面12a。
此外，第一面电极76在多孔部件72的第二开口部74b侧与多孔部件72连接。该第一面电极76为平面状，并且在与多孔部件72的电子飞跃管74的第二开口部74b匹配的位置上形成开口部78。该第一面电极76例如可以使用金属、半导体、碳或碳化合物。
另外，第一面电极76如果可以从其表面76a辐射在多孔部件72的电子飞跃管74内加速的电子，则不一定要形成开口部78。
此外，第二面电极79为平面状，形成多个插入电子飞跃管74的开口部79a。该第二面电极79的各开口部79a中插入电子飞跃管74,第二面电极79设置在多孔部件72中。
与第一面电极76同样，第二面电极79例如也可以使用金属、半导体、碳或碳化合物。
进而，在本实施方式中，具有在面辐射型电子源10的表面电极12和第一面电极76之间施加电场(电位差)的第一电场施加部77a和第二电场施加部77b。该第一电场施加部77a和第二电场施加部77b例如具有与电源部18同样的结构。
另夕卜，在本实施方式中，采用设置了第一电场施加部77a和第二电场施加部77b的两个电场施加部的结构，^f旦本发明不限定于此，电场施加部至少设置一个即可。
在本实施方式中，将面辐射型电子源10e配置在真空中，通过第一电场施加部77a在面辐射型电子源10的表面电极12和第一面电极76之间施加电场(电位差)，进而，通过第二电场施加部77b在面辐射型电子源10的表面电极12和第二面电极79之间施加电场(电位差)，如图8 (b)所示，从面辐射型电子源10e向电子飞跃管74内辐射电子e，在电子飞跃管74的内面75反射，从而可以使电子的运动方向聚集到与第一面电极76的表面76a大致垂直方向上。
此外，在本实施方式中，也可以在电子飞if夭管74的内面75上形成导电性膜，并使该导电性膜与第一面电极76或第二面电极79连接。由此，可以抑制在内面75上附着了电子e的情况下等引起的充电。
这里，各电子飞跃管74排列的间隔w由通过电子飞跃管74的电子的运动能量制约。例如，为了提高电子射线曝光的分辨率，将电子飞跃管74的间隔收缩到纳米级时，以高于真空能级的能量运动的电子侵入到构成电子飞跃管74的绝缘体或半导体内之后，可能穿越到相邻的电子飞跃管74内的真空空间。在这样的条件下，恐怕从第一面电极76辐射的电子得不到充分的直进性，使得电子射线曝光的分辨率恶化。
因此，在电子飞跃管74中，设定为相邻的两个电子飞跃管74的间隔w对于构成电子飞跃管74的绝缘体或半导体的电子的吸收系数ia为w〉1/m。这里，吸收系数ja与电子的速度的平方大致成反比。
另夕卜，多孔部件72例如可以使用通过对半导体基板进行阳极氧化而得到的多孔质结构，该多孔质结构的孔分别为电子飞跃管74。
此外，多孔部件72例如可以采用通过反应性离子蚀刻法在半导体基板、石英基板或塑料基板上制作多个贯通孔的产物。这多个贯通孔分别为电子飞跃管74。
在本实施方式中，通过电子飞跃管74的第二开口部74b的直径决定面辐射型电子源10e的分辨率。
在本实施方式中，将面辐射型电子源10e配置在真空中，从面辐射型电子部(第一实施方式的面辐射型电子源10)向电子飞跃管74内的真空中辐射电子e的情况下，通过由电子飞跃管74的内面75反射该电子e，可以使电子e的运动方向聚集到与第一面电极76的表面76a大致垂直的方向上，并向外部辐射电子e。
在本实施方式中，采用设置第二面电极79的结构，但本发明不限定于此。例如，也可以对每个电子飞跃管74独立进行电子e的运动方向的控制。在该情况下，也可以代替本实施方式的第二面电极79，如图9 (a)所示 的本实施方式的第一变形例这样，对每个电子飞跃管74设置包围该电子飞跃 管74的环状的电极95,进而设置用于对该电极95和表面电极12之间提供 电位差的第二电场施加部96。
另外，图9(a)仅示出要部，第一面电极76、第一电场施加部77a以及 面辐射型电子源10的图示省略。此外，在图9(a)中，由于对于第二电场施 加部96省略了一部分图示，因此示出6个电子飞跃管74，第二电场施加部 96仅示出3个。在图9 (a)中，对于未连接第二电场施加部96的电子飞跃 管74，也只是未图示第二电场施加部96,当然与第二电场施加部96连接。
各电极95分别包围电子飞跃管74,因此被设置在多孔部件72内。
各电极95例如可以使用金属、半导体、碳或碳化合物。此外，电子飞跃 管74例如由绝缘体或半导体构成。
第二电场施加部96对一个电极95具有一个电场施加部97，该电场施加 部97与电极95、表面电极12连接。
电场施加部97具有电场施加元件97a和电容器97b。该电容器97b与电 场施加元件97a并联连接。
电容器97b作为电容设置，在本发明中，只要是起到电容功能的器件， 并不限定于电容器97b。
此外，电场施加元件97a对电极95和表面电极12提供电位差，例如， 具有与电源部18同样的结构。此外，通过电容器97b (电容)保持各电极95 和表面电才及12之间的电4立差。
在本第一变形例中，对每个电子飞跃管74设置有电极95,由于对各电 极95设有一个电场施加部97,因此在电子飞跃管74中，可以互相独立地提 供电极95和表面电极12的电位差。因此，与本实施方式的设置第二面电极 79的结构相比，可以互相独立地控制各电子飞跃管74中的电子e的运动方向， 并且可以进一步聚集在与第一面电极76的表面76a大致垂直的方向上来向外 部辐射电子e。
此外，在本实施方式中，由于对每个电子飞i!夭管74独立进行电子e的运 动方向的控制，因此除了图9 (a)所示的第一变形例以外，也可以是如图9 (b)所示的本实施方式的第二实施例这样，设置包围电子飞跃管74的环状 的电极95 (第二电极)，而且设置用于在电极95和表面电极12之间提供电
33位差的第二电场施加部96a的结构。
在该情况下，电极95和电子飞跃管74的结构和组成与第一变形例同样。 另外，图9(b)中，为了说明而仅示出了一个电子飞跃管74，但在多孔
部件72中当然形成了多个电子飞跃管74，在各个电子飞跃管74中当然设置
了电极95。
第二电场施加部96a具有由电阻98a、 FET98b、电容器98c所构成的元 件单元98，而且具有在电极95和表面电极12之间提供电位差的电源部99 (第二电源部)。对各电极95设有一个元件单元98。此外，对多个电极95 设有一个电源部99，电源部99连接到各电极95。
该电源部99用于对电极95和表面电极12之间提供电位差，例如具有与 电源部18同样的结构。
元件单元98中，电阻98a与FET98b串联连接，电容器98c与FET98b 并联连接。该元件单元98用于控制电极95和表面电极12之间的电位差， FET98b经由端子98d连接到控制电路98e (控制部)。该控制部98e也对多个 电极95设置一个。
通过从控制电路98e输入各FET98b的端子98d的信号(例如，规定的 施加电压)，可以将各FET98b设为导通状态、非导通状态或电阻高的半导通 状态，控制各电极95和表面电极12之间的电位差。这里，半导通状态是导 通状态和非导通状态的中间状态，是电阻虽高但流过电流的状态。
控制电路98e用于控制各电子飞跃管74中的电子e的辐射量和电子射线 聚束的强度，并控制各FET98b的导通。该控制电路98e例如对应于曝光的 图形的各部分，控制各FET98b的导通，从而使电子射线产生的电流密度作 为连续量变化。
因此，在本第二变形例中，即使在电子射线曝光中，由于周边图形的有 无或者图形的尺寸而产生了图形尺寸变动这样的接近效应的情况下，通过根 据要曝光的图形来改变电子射线的电流密度，从而能够抑制接近效应。
此外，在元件单元98中，也通过电容器98c (电容)来保持各电极95 和表面电极12之间的电位差。
另外，电容器98c作为电容设置，在本发明中，只要是作为电容工作的 器件，不限定于电容器98c。
在本第二变形例中，通过电源部99提供电极95和表面电极12之间的电位差的状态下，通过控制电路98e的从各FET98b的端子98d输入的信号， FET98b的导通状态改变，各电极95和表面电极12之间的电位差被控制。
在本第二变形例中，对每个电子飞跃管74设有电极95，并对各电极95. 设有一个电场施加部97，因此在电子飞跃管74中，可以互相独立地提供电 极95和表面电极12的电位差。因此，与本实施方式的设置第二面电极79的 结构相比，可以互相独立地控制各电子飞跃管74中的电子e的运动方向，并 且可以进一步聚集在与第一面电极76的表面76a大致垂直的方向上来向外部 辐射电子e。
这里，考虑以二维排列的多个电子飞跃管为要素的二维矩阵，对各行分 别连接一个用于施加电压的电源部99,而且对各列分别连接一个用于同时控 制连接到该列的电子飞跃管74的全部FET98b的控制电路，从而也可以构成 二维的有源矩阵结构。另外，在电容器98c中保持电位时，本实施方式所说 明的电源部99成为高电阻，防止电容器98c的放电。
如以上这样，在本实施方式以及本实施方式的第 一 变形例和第二变形例 中，通过设置多孔部件72,与第一实施方式的面辐射型电子源IO相比，可 以使用直进性更高的电子射线以高的分辨率等倍地统一进行图形绘制。此外， 通过改变面辐射型电子源10e的表面电极12 (电子通过层16)的大小，即使 在绘制区域大的情况下，也可以等倍地统一进行图形绘制。另外，通过使用 本实施方式的面辐射型电子源10e，即使在绘制区域大的情况下，当然也可以 等倍地统一进行、且以高分辨率进行使用直进性更高的电子射线的图形绘制。
另外，在本实施方式以及本实施方式的第一变形例和第二变形例中，作 为面辐射型电子源部，例示了使用第一实施方式的面辐射型电子源10的情 况，但本发明不限定于此，也可以使用上述第二实施方式的面辐射型电子源 10a、第三实施方式的面辐射型电子源10b及其变形例的面辐射型电子源10c。
接着，说明本发明的第六实施方式。
图10(a)是表示本发明的第六实施方式的面辐射型电子源的示意立体图， 图10 (b)是表示本发明的第六实施方式的面辐射型电子源的结构的方框图。
此外，图11 (a)是图10 (a)所示的本发明的第六实施方式的面辐射型 电子源的背面电极的放大图，图11 (b)是表示图11 (a)所示的背面电极的 要部放大图，图11 (c)是表示图11 (a)所示的背面电极的要部部分剖面图。
此外，在本实施方式中，对于与图1所示的第一实施方式的面辐射型电子源相同结构的部件附以相同符号，并省略其详细的说明。
图10 (a)所示的本实施方式的面辐射型电子源10f与第一实施方式的面 辐射型电子源10 (参照图1 )相比，不同之处在于背面电极100为有源矩阵 结构，而且如图10 (b)所示，不同点在于为了驱动背面电极100而具有第 一控制电路112、第二控制电路114以及图形生成部116，除此以外的结构与 第一实施方式的面辐射型电子源10 (参照图1)同样，因此省略其详细的说 明。另外，通过第一控制电路112、第二控制电路114以及图形生成部116 构成本发明的开关控制部。
在本实施方式的面辐射型电子源10f中，可以从电子通过层16的量子细 线20中任意的量子细线20辐射电子e，并且可以以规定的二维图形輻射电子 射线。
另夕卜，如第三实施方式的面辐射型电子源10b(参照图4(a)和图4(b)) 这样，本实施方式的面辐射型电子源10f中照射的电子射线的图形并不固定。
背面电极100具有有源矩阵结构。该背面电极100例如包括连接到一个 量子细线20的开关元件102。该各开关102可以设为导通状态、非导通状态 或电阻高的半导通状态。这里，电阻高的半导通状态是导通状态和非导通状 态的中间状态，是电阻虽高但是流过电流的状态。
该背面电极100通过开关元件102的导通状态局部作为导电体、绝缘体 或电阻体工作。
另外，在使用如硫族半导体这样在局部作为导电体或电阻体工作的材料 作为开关元件102的情况下，各开关元件102也可以是空间上连接的元件。
在本实施方式的面辐射型电子源10f中，如图11 (a)所示，具有开关元 件102、驱动开关元件102的第一控制电极Yl ~ Y4、驱动开关元件102的第 二控制电极X1 ~X4。
另外，在本实施方式的面辐射型电子源10f中，对在纵向Lp横向L2分 别有4个共计16个量子细线20配置成格子状态的例子进行说明。另外，在 本实施方式中，是有16个开关元件102、 4个第一控制电极Y1 ~ Y4， 4个第 二控制电极X1 X4的结构，但它们的数也不限定于此。
另外，在本实施方式中，采用了对一个量子细线20设置开关元件102的 结构，但本发明不限定于此。例如也可以采用根据要绘制的图像的分辨率而 对多个量子细线20设置一个开关元件102的结构。
36开关元件102是浮置栅极(floatinggate)结构的晶体管。各开关元件102 的结构全部相同，因此仅对一个进行说明。
开关元件102可以设为导通状态或非导通状态，由此对各量子细线20控 制电压的开关。
该开关元件102例如具有在两端部分别形成源极部104a和漏纟及部104b 的四角柱状的半导体104和用于控制源极104a和漏极104b之间的导通的栅 极部106。
源极部104a和漏极部104b分别通过在半导体104中以适当的浓度掺杂 杂质而形成。
4册极部106例如具有在中心部形成开口的形状为四角的开口部108a的平 板状绝缘体108,以及在该绝缘体108的内部由包围着开口部108a而设置的 框状的导电体所构成的浮置栅极110。
在开关元件102中，在4册极部106的开口部108a中插入四角柱状的半导 体104。
此外，在开关元件102中，半导体104的源极部104a上连接有第一控制 电极Yl。此外，栅极部106的绝缘体108的表面108b上连接有第二控制电 极X1。
半导体104的漏极部104b连接到量子细线20的表面电极12侧的前端部 20a (参照图10 U))的相反侧的后端部20c。
在开关元件102中，经由第一控制电极Yl在源极部104a施加^见定的电 压，进而经由第二控制电极XI施加规定的电压，从而对4册极部106的浮置 栅极110注入电荷，源极104a和漏极104b之间导通。即，开关元件102成 为导通状态或半导通状态。本实施方式的开关元件102具有浮置栅极110， 因此一旦成为导通状态或半导通状态，则其状态维持到电荷被从浮置栅极110 抽走为止。
另夕卜，作为开关元件102，也可以是通过抽走栅极部106的浮置栅极110 的电荷，从而源极104a和漏极104b之间导通。
在本实施方式中，在纵向"，配置在同一行的开关元件102上，在各源 极部104a连接有第一控制电极Yl。同样，在第一控制电极Y2、第一控制电 极Y3以及第一控制电极Y4中，也连接到纵向L,中的同一行中配置的各开 关元件102的各源4及部104a。第一控制电极Yl ~ Y4连接到第一控制电路112。第一控制电路112可以 对各第一控制电极Yl ~ Y4的任何一个任意的施加》见定的电压。
此外，在本实施方式中，在横向L2中，对于配置在同一列上的开关元件 102，在各栅极部106的绝缘体108的表面108b上连接有第二控制电极Xl。 同样，在第二控制电极X2、第二控制电极X3以及第二控制电极X4中，也 连接到横向L2的配置在同一列的各开关元件102的各栅极部106的绝缘体 108的表面108b上。
第二控制电极X1 X4连接到第二控制电路114。第二控制电路114可以 对各第二控制电极X1 X4的任何一个任意的施加规定的电压。
在本实施方式中，例如对于格子状配置的各开关元件102,可以将连接 的各第一控制电极Y1 Y4以及各第二控制电极XI-X4的组作为坐标 (Xn,Yn)。另外，n是整数。
通过第一控制电路112和第二控制电路114,在与从表面电极12的表面 12a辐射电子e的区域相当的区域中的开关元件102上施加规定电压，使其成 为导通状态。由此，背面电极100局部作为导通体或绝缘体工作，量子细线 20的导通被控制。
此外，第一控制电路112和第二控制电路114连接到图形生成部116。
图形生成部116基于从表面电极12表面12a辐射的电子射线的图形，选 择坐标，并选择从第一控制电极Yl ~ Y4的哪一个施加规定的电压，并对第 一控制电路112输出用于指示对所选择的第一控制电极Yl ~ Y4施加规定的 电压的指示信号。
此外，图形生成部116对于第二控制电极X1 ~X4,也选择从第二控制电 极XI ~X4的哪一个施加规定的电压，并对第二控制电路114输出用于指示 对所选择的第二控制电极XI ~ X4施加规定的电压的指示信号。
这样，可以通过图形生成部116以规定的二维图形使背面电极100的开 关元件102成为导通状态。在本实施方式中，可以形成如第三实施方式所示 的导电体54a、 54b、 54c的区域。
第一控制电路112和第二控制电路114基于来自图形生成部116的指示 信号，通过所选择的第一控制电极Yl ~ Y4以及所选择的第二控制电极X1 ~ X4对开关元件102施加关见定的电压。
此外，在本实施方式中，电源部18连接到表面电极12和第一控制电极Y1 Y4，该电源部18经由开关元件102与量子细线20连接。
如果由电源部18施加规定的电压，则从某一个第一控制电极Y1 Y4对 选择了的开关元件102施加规定的电压，电子被注入到被选择了的量子细线 20 ，电子被加速后将与规定的图形对应的电子射线作为图形化面电子射线从 表面电极12辐射。
在本实施方式中，基于从表面电极12辐射到外部的电子射线的图形，在 图形生成部116中，选择要辐射电子的量子细线20,并且为了从该量子细线 20辐射电子，根据图形来选择成为导通状态的开关元件102。然后，基于所 选才奪的开关元件102的坐标，来选择由第一控制电路112对第一控制电极 Y1 ~ Y4的哪个施加电压，并且选择由第二控制电路114对第二控制电极X1 ~ X4的。那个施力口电压。
接着，从第一控制电路112和第二控制电路114对所选择的第一控制电 极Yl ~ Y4和所选纟奪的第二控制电极XI ~ X4施加规定的电压。此时，电源 部18也为了对开关元件102和表面电极12之间提供电位差而在所选择的第 一控制电极Yl ~ Y4上施加规定的电压。由此，可以根据乂人表面电极12的表 面12a辐射电子e的区域，即规定的二维图形，从表面电极12的表面12a辐 射电子e。
如上所述，在本实施方式中，不是如第三实施方式那样，图形-故固定， 而是通过开关元件102的导通状态和非导通状态，可以改变电子e的辐射位 置从而改变电子射线的图形。
此外，在本实施方式中，由于可以使开关元件102成为导通状态和非导 通状态以外的半导通状态，因此可以连续地改变电子e的辐射量。即，通过 使开关元件102的导通成为导通状态、非导通状态或半导通状态，从而可以 将电子e的辐射量作为连续量来改变。
由此，在本实施方式中，由于可以连续地改变电子e的辐射量，因此即 使在曝光的图形中产生上述的接近效应，也可以对应于曝光的图形的各部分， 使电子射线的电流密度作为连续量来变化，从而校正曝光的图形的接近效应。
此外，在本实施方式中，为了将面辐射型电子源10f导入真空室内，并 以规定的图形进行绘制，而通过图形生成部116，经由第一控制电路112和第 二控制电路114使各开关元件102成为导通状态或非导通状态。
而且，将表面电极12设为正，从电源部18在表面电极12和背面电极
39100之间施加了电压的情况下，从导通状态的开关元件102对量子细线20注 入电子，电子由背面电极IOO和表面电极12的电位差加速。
在该情况下，通过了电子通过层16的量子细线20的电子e不会向包含 对于表面电极12的表面12a (电子辐射面)水平的分量的方向散射，因此可 以在保持由所选择的开关元件102即所选择的量子细线20所表示的二维图形 的形状的状态下，从与所选择的量子细线20 (开关元件102)对应的表面电 极12的各区域作为直进性高的图形化面电子射线辐射。因此，在对绘制对象 形成规定的图形的情况下，可以提高电子射线的绘制图形的分辨率。
而且，以往，为了使电子射线图形化而改变表面电极的形状或者在表面 电极上设置掩模，但在本实施方式中，不必向以往那样来改变表面电极的形 状，而且也不必在表面电极12上设置掩模，可以简化结构。而且，在本实施 方式中，也可以根据绘制对象来改变电子射线的图形。
接着，说明本发明的第七实施方式。
图12是表示本发明的第七实施方式的面辐射型电子源的示意图。
另外，在本实施方式中，对于与图1所示的第一实施方式的面辐射型电 子源同 一结构的部件附以同 一标号，并省略其详细说明。
图12所示的面辐射型电子源10g与第一实施方式的面辐射型电子源10 (参照图l)相比，不同之处在于，包括在垂直于表面电极12的表面12a (电子辐射面)的方向(以下仅称作垂直方向)上施加》兹场的f兹场施加部120， 以及检测从表面电极12的表面12a辐射的电子e的辐射角的电子辐射角检测 器126,除此以外的结构与第一实施方式的面辐射型电子源IO的结构相同， 因此省略其详细的说明。此外，上述垂直的方向与第一方向X平行。
在本实施方式的面辐射型电子源10g中，石兹场施加部120具有第一;兹场 发生用线圈122a、第二磁场发生用线圈122b、磁场强度控制部124。
第一磁场发生用线圏122a被巻成环状，其开口部与背面电极14的背面 14b相对而配置。此外，第二》兹场发生用线圏122b被巻成环状，其开口部与 表面电极12的表面12b相对而配置。这些第一-兹场发生用线圈122a和第二 ;兹场发生用线圈122b^皮连4妻到；兹场强度控制部124。
该磁场强度控制部124对第一磁场发生用线圈122a和第二石兹场发生用线 圏122b施加规定的电流，此外，可以调整施加的电流量。可以通过该,兹场强 度控制部124对第一石兹场发生用线圈122a和第二-兹场发生用线圈122b施加^见定的电流，>&而在垂直方向上产生;兹场。
电子辐射角检测器126例如在尽可能屏蔽了电磁场的半球状的外壳126a 内设有多个电子检测元件128。此外，设有盖126b以封闭该外壳126的开口 部，该盖126b上形成有开口 126c。多个电子检测元件128分别用于检测电子。 此外，多个电子检测元件128分别被预先设定了与开口 126c的位置关系。
在电子辐射角检测器126中，电子从开口 126c进入外壳126a的内部， 由电子检测元件128检测出电子。可以根据检测出电子的电子检测元件128 的位置而得到进入了的电子对于开口 126c的角度P的信息。
此外，电子辐射角检测器126朝向表面电极12的表面12a而配置有盖 126b。而且，电子辐射角检测器126被设为对于表面电极12的表面12a可后 退。因此，电子辐射角检测器126在调查电子的直进性时，可以根据需要进 入与表面电极12的表面12a相对的位置。
可以通过该电子辐射角检测器126来调查从表面电极12的表面12a辐射 的电子的直进性。
此外，多个电子检测元件128分别连接到磁场强度控制部124。如后所 述，磁场强度控制部124根据电子检测元件128的电子的一企测结果，调节对 第一石兹场发生用线圈122a和第二磁场发生用线圈122b施加的电流，并且调 节磁场的强度。
在本实施方式中，例如在使电子辐射角检测器126进入与表面电极12的 表面12a相对的位置的状态下，通过电源部18在表面电4及12和背面电极14 之间施加直流电压。此时，由电子辐射角检测器126测定从表面电极12的表 面12a辐射的电子e的直进性。
基于该电子的直进性的结果,磁场强度控制部124根据电子检测元件128 的电子的检测结果，调节对第一磁场发生用线圈122a和第二磁场发生用线圈 122b施加的电流。在调节了施加电流之后，再次通过电子辐射角检测器126 来测定电子的直进性，并根据其结果，来调节对第一磁场发生用线圏122a和 第二^兹场发生用线圈122b施加的电流。这样，本实施方式的电子源10g可以 进一 步提高辐射的电子的直进性。
这里，例如，构成电子通过层16的量子细线20根据制造过程中的制造 条件等，有时形成量子细线20的延伸方向与表面电极12的表面12a不垂直 的量子细线21。 ^v该量子细线21辐射的电子ep以与表面电极12的表面12a不垂直(90° )的角度辐射。即，辐射出直进性差的电子。
在本实施方式中，通过磁场施加部120对垂直于表面电极12的表面12a 的方向施加》兹场。量子细线21内产生的电子eh由于该垂直-兹场而与量子细线 21的壁面多次冲撞，因此迁移率降低。由此，可以抑制与表面电极12的表 面12a平行方向上的电子的运动量分量，同时可以通过施加了的垂直^f兹场来 抑制从表面电极12的表面12a辐射的电子的扩散。
进而，如上所述，通过电子辐射角检测器126测定电子的直进性，并根 据该结果调节磁场强度控制部124对第一磁场发生用线圏122a以及第二磁场 发生用线圈122b施加的电流，从而调节施加磁场的强度。重复进行该施加磁 场的强度的调节直到得到规定的电子的直进性为止，从而能够得到所期望的 电子射线绘制的分辨率。这样，在本实施方式的电子源10g中，即使形成了 不是垂直的量子细线21也可以提高辐射的电子的直进性，并且能够得到所期 望的电子射线绘制的分辨率。
另外，在本实施方式中，除了以上效果以外，当然也可以得到与第一实
施方式同样的效果。
此外，作为用于产生》兹场的才几构，；兹场施加部120采用以上下两个线圈 (第一磁场发生用线圈122a以及第二磁场发生用线圈122b)夹持表面电极 12、电子通过层16以及背面电极14的方式，但不限定于此，只要能够在表 面电极12和与该表面电极12相对配置的曝光对象物之间的空间中，在垂直 于表面电极12的表面12a即第一方向X上产生一样的磁场即可。因此，磁场 施加部120可以使用超导磁铁、永磁铁。
接着，说明本发明的第八实施方式。
图13是表示本发明的第八实施方式的面辐射型电子源的示意图。
另外，在本实施方式中，对于与图1所示的第一实施方式的面辐射型电 子源同 一结构的部件附以同一标号，并省略其详细"^兌明。
图13所示的面辐射型电子源10h与第一实施方式的面辐射型电子源10 (参照图1)相比，不同之处在于，电源部18是脉沖电压发生部134、具有 在垂直于表面电极12的表面12a (电子辐射面)的方向上施加磁场的磁场施 加部120a、以及具有同步部136，除此以外的结构与第一实施方式的面辐射 型电子源IO的结构相同，因此省略其详细的说明。
在本实施方式的面辐射型电子源10h中，-兹场施加部120a具有第一磁场发生用线圈122a、第二磁场发生用线圏122b、脉沖磁场发生部130、外部电 源132。
第一;兹场发生用线圈122a被巻成环状，其开口部与背面电极14的背面 i4b相对而配置。此外，第二^f兹场发生用线圈122b被巻成环状，其开口部与 表面电极12的表面12b相对而配置。这些第一》兹场发生用线圈122a和第二 石兹场发生用线圈122b纟皮连接到脉冲》兹场发生部130，该脉沖石兹场发生部(脉 沖石兹场施加部)130连接到外部电源132。
此外，脉冲磁场发生部130例如具有电容器(未图示)以及晶闸管(未 图示)，电容器、晶闸管、第一磁场发生用线圈122a以及第二磁场发生用线 圈122b串联连接。由此，通过脉冲磁场发生部130的电容器和第一磁场发生 用线圈122a以及第二石兹场发生用线圏122b形成串耳关电路。电容器由外部电 源132充电。
在脉冲》兹场发生部130中对电容器进行^见定时间的充电，并停止充电。 然后，使晶闸管成为导通状态。由此，在第一磁场发生用线圈122a和第二;兹 场发生用线圈122b中流过脉冲电流，此时，在与由上述电容器、晶闸管、第 一磁场发生用线圈122a和第二磁场发生用线圈122b构成的串联电路的谐振 频率的倒数相当的时间期间，在垂直方向上产生脉沖磁场。即，对电子通过 层16在垂直方向上施加脉沖^兹场。
脉冲电压发生部134在表面电极12和背面电极14之间施加脉沖电压， 使得从表面电极12的表面12a辐射电子e。
同步电路136用于调整脉冲磁场发生部130、脉冲电压发生部134的动 作定时。通过该同步电^各136,使用脉沖》兹场发生部130在与由f兹场发生电 路130的电容器、第一》兹场发生用线圈122a以及第二it场发生用线圏122b 所构成的串联电路的谐振频率的倒数相当的时间，在垂直方向上发生脉沖磁 场，使用脉冲电压发生部134在与该倒数相当的时间期间，即发生脉沖磁场 的期间，在表面电极12和背面电极14之间施加脉冲电压。由此，产生电子 辐射的期间，成为始终施加垂直石兹场的状态。因此，在本实施方式的面辐射 型电子源10h中，可以将从表面电极12的表面12a辐射的电子在平行于该表 面12a的方向上的扩散抑制在纳米级。
此外，上述效果以外，本实施方式当然可以得到与第一实施方式的面辐 射型电子源10同样的效果。
43另夕卜，在本实施方式中，由于使用了脉冲》兹场，因此可以产生10~ 100T 左右的比较强的磁场。
接着，说明本发明的第九实施方式。
图14是表示本发明的第九实施方式的面辐射型电子源的示意图。
另外，在本实施方式中，对于与图1所示的第一实施方式的面辐射型电 子源同 一结构的部件附以同 一标号，并省略其详细说明。
图14所示的面辐射型电子源10j与第一实施方式的面辐射型电子源10 (参照图l)相比，不同之处在于，在各量子细线20的前端部20b的表面形 成有具有导电性的电子吸收层140,除此以外的结构与第一实施方式的面辐 射型电子源IO的结构相同，因此省略其详细说明。
在本实施方式的面辐射型电子源10j中，电子吸收层140形成在各量子 细线20的前端部20b,并且电连"J妻到表面电才及12。
电子吸收层140用于防止在将电子e加速到真空能级的能量以上并取出 到真空中时，由于量子细线20中存在的声子或结构缺陷等散射原因，电子e 的运动方向对于量子细线20的延伸方向(第一方向X)具有垂直分量，从而 向邻接的量子细线20或表面电极12的表面12a(电子辐射面)飞出。通过该 电子吸收层140可以进一步提高辐射电子的直进性。由此，在表面电极12的 表面12a侧(电子辐射面侧)的前端部20b的表面上形成电子吸收层140。
电子吸收层140由具有导电性的材料形成，例如由无定形碳、无定形硅 形成。
该电子吸收层140例如可以通过以下方法形成。
首先，在形成表面电极12之前，在电子辐射面侧的量子细线20的前端 部表面通过真空蒸镀法等堆积导电性材料。然后，将量子细线20的前端部表 面或量子细线20整体加热到量子细线20不会熔融、破坏的程度的温度。导 电性材料通过该加热在量子细线20表面扩散、移动，从而形成电子吸收层 140。
这里，如果量子细线20均匀形成，则在某一量子细线20中电子^皮散射， 即使不引起电子辐射，如果时间积分，则任何一个量子细线20都得到大致相 同的电子辐射量。但是，如果在电子吸收层140中残留电子，则存在成为新 的电子的散射原因的可能性。在本实施方式中，由于将具有导电性的电子吸 收层140与具有电子辐射面的表面电极12电连接，因此防止带电。这样，在本实施方式的面辐射型电子源10j中，与第一实施方式的面辐 射型电子源10相比，可以提高辐射电子的直进性。
另外，除了上述效果以外，本实施方式当然也可以得到与第一实施方式 的面辐射型电子源10同样的效果。
而且，在第二实施方式的面辐射形电子源10a~第八实施方式的面辐射形 电子源10h中，也可以釆取以下结构，即在各量子细线20的前端部20b形成 电子吸收层140,并且与表面电极12电连接。
接着，说明本发明的第十实施方式。
图15是表示本发明的第十实施方式的绘制装置的示意图。
另外，在本实施方式的绘制装置80中，对于与图l所示的第一实施方式 的面辐射型电子源相同结构的部件附以同一符号，并省略其详细的说明。
图15所示的绘制装置80以第一实施方式的面辐射型电子源10 (参照图 1 )作为面辐射型电子源来设置。因此，对于图1所示的第一实施方式的面辐 射型电子源10 (参照图1 )省略其详细说明。
在本实施方式的绘制装置80中，在真空室82内部配置面辐射型电子源 10，使得表面电极12的表面12a与台84的表面84a相对。在该台84的表面 84a上放置基板86。该基板86例如为4英寸以上的硅晶片。另外，在真空室 82中设有真空泵等真空排气装置(未图示)，可以使真空室82内部成为规定 的真空度。
在本实施方式的绘制装置80中，通过面辐射型电子源IO可以从表面电 极12的表面12a (电子辐射面)沿大致垂直方向取出直进性高的电子e。由 此，可以对台84的规定的绘制区域S大致垂直照射电子e，即对基板86的 表面86a上垂直照射电子e。因此，在绘制装置80中，在表面电极12上，表 面12a和基板86的表面86a之间设置规定的图形的掩模，从表面电极12的 表面12a大致垂直地对基板86的表面86a照射电子e，使用直进性高的电子 射线，以高的分辨率在基板86上等倍地统一绘制规定的图形。进而，通过改 变面辐射型电子源10的表面电极12 (电子通过层16)的大小，即使在绘制 区域大的情况下，也能够等倍地统一进行图形绘制。这样，通过使用面辐射 型电子源IO,即使在绘制区域大的情况下，也可以等倍地统一进行、并且以 高的分辨率进行使用电子射线的图形绘制。
进而，在本实施方式中，也可以与第二实施方式的面辐射型电子源10a同样，具有将电子通过层16保持在室温以下的温度的温度调节部30 (参照 图3)。
接着，说明本发明的第十一实施方式。
图16是表示本发明的第十一实施方式的绘制装置的示意图。
另外，在本实施方式的绘制装置中，对于与图1所示的第一实施方式的 面辐射型电子源相同结构的部件附以同 一符号，并省略其详细的说明。
图16所示的绘制装置80a以第一实施方式的面辐射型电子源IO(参照图 1 )作为面辐射型电子源来设置。因此，对于图1所示的第一实施方式的面辐 射型电子源10 (参照图1)省略其详细说明。
此外，本实施方式的绘制装置80a与第七实施方式的绘制装置80相比， 具有检测部85，设置在台84上，将绘制区域S中的电子e的量作为电流 值(IEXP)进行检测；检测传感器88，对从面辐射型电子源IO辐射的电子中
检测；乘法部90,计算电子e的全部辐射电子量中所占据的可允许的散射电 子量的比例Q和检测部85所检测出的朝向台84 (基板86 )辐射的电子的量 (Iexp)之积；比较部92，对乘法部90的输出结果(积Q IEXP)以及检测 传感器88的;^测结果(电流值Is)进行比较；以及电源控制部94，根据比 较部92的比较结果，调整电源部18的施加电压。
检测部85将从面辐射型电子源10朝向台84 (基板86 )辐射的电子例如 作为电流值lEXP进行检测。检测部85例如测定绘制时的台84中的电流值， 将该电流值作为从面辐射型电子源10向台84 (基板86)辐射的电子的量进 行检测。作为该检测部85可以使用公知的电流测定装置。
检测传感器88将从面辐射型电子源10辐射的散射电子&作为电流值Is 进行检测。该检测传感器88例如可以由闪烁器和光电子增倍管构成。另外， 作为检测传感器88 ，由于是用于检测散射电子es的，因此在检测散射电子es 时，只要是不产生成为噪声的二次电子的器件，则其结构不特别限定。
此外，检测传感器88例如设置在面辐射型电子源IO和台84之间并且绘 制区域S外。
另外，乘法部90中，电子e的全部辐射电子量中所占据的可允许的散射 电子量的比例Q通过要绘制的图形中的加工精度等适当设定。该电子e的全 部辐射电子量中所占据的可允许的散射电子量的比例Q例如预先通过实验等求出。
比较部92对乘法部90的输出结果(积Q IEXP )和检测传感器88的检 测结果(电流值Is)进行比较的结果，在Q IBXP<Is的情况下，对电源控制 部94输出表示降低来自电源部18的输出电压的第一信号。此外，进行比较 的结果，在Q . IEXP〉Is的情况下，对电源控制部94输出表示提高来自电源部 的输出电压的第二信号。
在电源控制部94中，在从比较部92输入了第一信号的情况下，降低来 自电源部18的输出电压，另一方面，在从比较部92输入了第二信号的情况 下，提高来自电源部18的输出电压。
在本实施方式的绘制装置80a中，通过检测在辐射的电子中包含的不直 进的散射电子的比例，可以控制对面辐射型电子源IO施加的电压，并且进一 步提高辐射的电子的直进性，并且提高电子射线绘制时的分辨率。
此外，在本实施方式的绘制装置80a中，通过将施加到面辐射型电子源 的电压降低到弹道电子辐射所需的最低限的值附近，从而通过表面电极和在 表面电极以及基板间的空间(真空空间)之间形成的电屏障进行反射，从而 抑制在含有与电子辐射面水平的分量的方向上运动的电子。
在本实施方式中，可以得到与第七实施方式同样的效果，在表面电极12 上，表面电极12a和基板86的表面86a之间设置规定的图形的掩模，从表面 电极12的表面12a大致垂直地对基板86的表面86a照射电子e，与第七实施 方式相比，可以使用直进性更高的电子射线，以高的分辨率等倍地统一在基 板86上绘制规定的图形。
接着，说明本发明的第十二实施方式。
图17是表示本发明的第十二实施方式的绘制装置的示意图。
另外，在本实施方式的绘制装置中，对于与图3所示的第二实施方式的 面辐射型电子源相同结构的部件附以相同符号，并且省略其详细iJt明。
图17所示的绘制装置80b以第二实施方式的面辐射型电子源10a (参照 图3)作为面辐射型电子源来设置。因此，对于图3所示的第二实施方式的 面辐射型电子源10a (参照图3)省略其详细说明。
在本实施方式的绘制装置80b中，由于使用了面辐射型电子源10a,因此 例如在电子通过层16中，得到约100K的统一的温度分布。
此外，在本实施方式的绘制装置80b中，由于使用了面辐射型电子源10a,
47因此可以抑制温度的不统一，并且抑制电子辐射量的偏差，进而也抑制面辐
射型电子源10a中的歪斜的产生。因此，在绘制装置80b中，也没有绘制区 域S中的电子辐射量的偏差，面辐射型电子源10a的歪斜的发生也得到抑制， 因此与第七实施方式相比能够以更高的精度进行绘制。
此外，在上述第十实施方式的绘制装置80 第十二绘制装置80b中，都 可以将图8所示的多孔部件72设置在表面电极12的表面12a上，而且也可 以将图9 (a)、图9 (b)所示的结构设置在表面电极12的表面12a上。
此外，也可以采用在上述第八实施方式的绘制装置80a中组装第八绘制 装置80b，并且在第八实施方式的绘制装置80a中具有温度调节部30的结构。
进而，也可以使用第六实施方式的面辐射型电子源10f形成绘制装置。 如上所述，面辐射型电子源lOf可以在保持规定的二维图形其形状的状态下， 辐射直进性高的图形化面电子射线。因此，在绘制对象上形成规定的图形的 情况下，可以提高电子射线的绘制图形的分辨率。
而且，以往，为了使电子射线图形化而改变表面电极的形状或者在表面 电极上设置掩模，但在本实施方式中，不必向以往那样来改变表面电极的形 状，而且也不必在表面电极12上设置掩模，可以简化结构。而且，在本实施 方式中，也可以根据绘制对象来改变电子射线的图形。
接着，说明本发明的第十三实施方式。
图18是表示本发明的第十三实施方式的绘制装置的示意图。
另外，在本实施方式的绘制装置80c中，对于与图12所示的第七实施方 式的面辐射型电子源相同结构的部件附以相同符号，并且省略其详细说明。
图18所示的绘制装置80c以第七实施方式的面辐射型电子源10g (参照 图12)作为面辐射型电子源来设置。因此，对于图12所示的第七实施方式 的面辐射型电子源10g (参照图12)省略其详细说明。
在本实施方式的绘制装置80c中，在真空室82内部配置面辐射型电子源 10g,使得表面电极12的表面12a与台84的表面84a相对。在该台84的表 面84a上放置基板86。该基板86例如为4英寸以上的硅晶片。
在本实施方式的绘制装置80c中，通过面辐射型电子源10g可以从表面 电极12的表面12a (电子辐射面)取出比第一实施方式的面辐射型电子源10 直进性更高的电子e。由此，可以对台84的规定的绘制区域S大致垂直照射 电子e,即对基板86的表面86a垂直照射电子e。因此，在绘制装置80c中，在表面电极12上、表面12a和基板86的表面86a之间设置规定的图形的掩 模，从表面电极12的表面12a大致垂直地对基板86的表面86a照射电子e， 使用直进性高的电子射线，以高的分辨率在基板86上等倍地统一绘制规定的 图形。进而，通过改变面辐射型电子源10g的表面电极12 (电子通过层16) 的大小，即使在绘制区域大的情况下，也能够等倍地统一进行图形绘制。这 样，通过使用面辐射型电子源10，即使在绘制区域大的情况下，也可以等倍 地统一进行、并且以高的分辨率进行使用电子射线的图形绘制。
接着，说明本发明的第十四实施方式。
图19是表示本发明的第十四实施方式的绘制装置的示意图。
另外，在本实施方式的绘制装置80d中，对于与图13所示的第八实施方 式的面辐射型电子源相同结构的部件附以相同符号，并且省略其详细说明。
图19所示的绘制装置80d以第八实施方式的面辐射型电子源10h (参照 图13)作为面辐射型电子源来设置。因此，对于图13所示的第八实施方式 的面辐射型电子源10h (参照图3)省略其详细说明。
在本实施方式的绘制装置80d中，在真空室82内部配置面辐射型电子源 10h，使得表面电极12的表面12a与台84的表面84a相对。在该台84的表 面84a上放置基板86。该基板86例如为4英寸以上的硅晶片。
在本实施方式的绘制装置80d中，通过面辐射型电子源10h可以取出在 与表面电极12的表面12a平行的方向中的扩散被抑制到纳米级的直进性更高 的电子e。由此，可以对台84的规定的绘制区域S大致垂直照射电子e，即 对基板86的表面86a垂直照射电子e。因此，在绘制装置80d中，在表面电 极12上、表面12a和基板86的表面86a之间设置规定的图形的掩^C从表 面电极12的表面12a大致垂直地对基板86的表面86a照射电子e,能够使用 直进性更高的电子射线，以高的分辨率在基板86上等倍地统一绘制规定的图 形。进而，通过改变面辐射型电子源10h的表面电极12 (电子通过层16)的 大小，即使在绘制区域大的情况下，也能够等倍地统一进行图形绘制。这样， 通过使用面辐射型电子源10h，即使在绘制区域大的情况下，也可以等倍地 统一进行、并且以高的分辨率进行使用电子射线的图形绘制。
接着，说明本发明的第十五实施方式。
图20是表示本发明的第十五实施方式的绘制装置的示意图。图21是用 于说明本发明的第十五实施方式的绘制装置的绘制方法的示意图。图22 (a)
49是表示本实施方式的绘制方法的标记的检测结果的一例的曲线图，图22 (b) 是表示本实施方式的绘制方法的标记的检测结果的其它例子的曲线图。
另外，在本实施方式的绘制装置81e中，对于与图10 (a)、图10 (b) 所示的第六实施方式的面辐射型电子源相同结构的部件附以相同符号，并且 省略其详细iJi明。
图20所示的绘制装置80e以第六实施方式的面辐射型电子源10f (参照 图10(a)、图10 (b))作为面辐射型电子源来设置。因此，对于参照图10 (a)、图10(b)所示的第六实施方式的面辐射型电子源10f(参照图lO(a)、 图10 (b))省略其详细说明。
在本实施方式的绘制装置81e中，在真空室82内部配置面辐射型电子源 10f，使得表面电极12的表面12a与台84的表面84a相对。在该台84的表 面84a上放置基板86。该基板86例如为4英寸以上的硅晶片。
该绘制装置81e中，检测部88a设置在真空室82内部的基板86的上方， 该才企测部88a连4妻到图形生成部116。
检测部88a例如用于检测在基板86的表面86a上产生的二次电子或反射 电子，例如由闪烁器和光电子增倍管构成。
在本实施方式的绘制装置81e中，通过面辐射型电子源10f可以根据规 定的二维图形从表面电极12的表面12a辐射电子e,而且作为辐射电子，可 以从表面电极12的表面12a (电子辐射面)沿大致垂直方向取出直进性高的 电子。因此，在绘制装置80e中，在表面电极12上、表面12a和基板86的 表面86a之间不用设置规定的图形的掩模，而可以使用直进性更高的电子射 线，以高的分辨率在基板86上等倍地统一绘制规定的图形。进而，通过改变 面辐射型电子源10f的表面电极12 (电子通过层16)的大小，即使在绘制区 域大的情况下，也能够等倍地统一进行图形绘制。这样，通过使用面辐射型 电子源10f，即使在绘制区域大的情况下，也可以等倍地统一进行、并且以高 的分辨率进行使用电子射线的图形绘制。
接着，关于本实施方式的绘制装置81e的绘制方法，如图21所示，以通 过面辐射型电子源10f绘制基板86的表面86a的矩形的绘制区域150为例进 行说明。
绘制区域150例如为正方形的区域。在该绘制区域150中，在相对的平 行的两组边内， 一组与在基板86的表面86a上正交的P,方向和P2方向中的P,方向平行，其余一组与P2方向平行。
在基板86的表面86a上，在绘制区域150的外侧，向P,方向远离，同 时在P2方向，在相同位置上设有校准标记152、 154。与基板86的表面86a 相比，该;&准标记152、 154的电子反射率、二次电子辐射率不同。因此，通 过才企测部88a纟企测来自校准标记152、 154的反射电子或二次电子。
在面辐射型电子源10f中，在表面电极12中，对应于可辐射电子e的区 域中例如绘制区域150，可以设定为了绘制而辐射电子e的区域。因此，对应 于绘制区域150而设定电子辐射区域160。
在该情况下，即使是电子辐射区域160的外侧的区域，只要是可辐射电 子e的区域，则可以通过规定的图形辐射电子e。
另外，电子辐射区域160是与绘制区域150相同形状并且相同大小的区 域。在电子辐射区域160中，同样在相对的平行的两组边内， 一组与在表面 电极12的表面12a上正交的Px方向和Py方向中的Py方向平行，其余一组与 Py方向平行。
在面辐射型电子源10f中，如上所述，从电子辐射区域160辐射与要在 绘制区域150绘制的绘制图形对应的电子e来进行绘制。
此时，首先需要使绘制区域150和电子辐射区域160的位置对齐。
在本实施方式中，以绘制区域150的中心150a和电子辐射区域160的中 心160a偏离，而且互相偏离角度Y的情况为例进行说明。
在绘制时，首先，在固定了面辐射型电子源10f的状态下，在电子辐射 区域160的Py方向的外侧产生两个电子束列群162、 164。各电子束列群162、 164分别具有3列在Py方向上延伸的电子束列162a~ 162c、 164a~ 164c，对 于各电子束列群162、164,在Px方向以扫描速度Vs来扫描各电子束列162a~ 162c、 164a 164c。即，在保持各电子束列162a~ 162c、 164a 164c的状态 下，在Px方向以扫描速度Vs来依次移动辐射电子e的量子细线20。
此时，电子束列162a和电子束列164a、电子束列162b和电子束列164b、 电子束列162c和电子束列164c在Px方向的坐标分别相同。
在以往的标记位置检测中， 一般通过以单一的点束扫描标记时得到的反 射电子量或二次电子辐射量的脉沖信号的发生时刻等来求标记位置。
在本实施方式中，例如决定Px方向的扫描开始坐标，扫描电子束列162a~ 162c、 164a 164c，利用在电子束列162a~ 162c、 164a~ 164c来到校准标记152、 154上时，反射电子量或二次电子辐射量的信号以脉沖状变化的情况， 求从扫描开始时刻到脉沖出现为止的时间t，从而可以才艮据已知的束扫描速度 Vs检测各校准标记152、 154的位置。脉冲出现的时刻例如表示脉沖信号超 越特定的阈值Pth时的时刻。
这里， 一般来说，如图22(a)所示，反射电子量或二次电子辐射量的信 号170不急剧，脉冲的上升时间1容易发生误差52。此外，反射电子量或二 次电子辐射量的信号170有时也产生检测部88a的误差5！。在本实施方式的 标记位置4企测方法中，通过使用电子束列162a~162c、 164a 164c,从而能 够高速且高精度地进行位置检测。
在本实施方式中，例示了通过脉冲出现为止的时间来4企测校准标记152、 154的位置来进行说明，但在将得到脉沖的最大值为止的时间或者到相当于 脉沖的中间的时刻为止的时间等用于位置检测的方法中也同样。这里，反射 电子量或二次电子辐射量的检测部88a仅设置一个。
图22 (b)表示在图21中电子束列162a~ 162c、 164a~ 164c扫描校准标 记152、 154时所得到的反射电子量或二次电子辐射量的脉冲信号172、 174、 176的列。
首先，图22 (b)的最下侧的脉沖信号176的列是电子束列162a~ 162c、 164a 164c同时扫描^f交准标记152、 154时得到的信号的列，来自^f交准标记 152、 154的信号重叠出现。
如后所述，如果将扫描方向的束宽充分缩窄，则可以分离来自校准标记 152的信号和来自校准标记154的信号。
此外，也可以分别进行4交准标记152和校准标记154的扫描，但在该情 况下，二次扫描中有什么位置变动的情况下，则成为检测位置的误差。
在本实施方式中，为了说明来自校准标记152的脉沖信号172和来自校 准标记154的脉沖信号174的列而分开考虑。在^^测部88a中，不出现这些 脉沖信号172、 174。
图22 (b)的第二行的曲线表示电子束列164a~ 164c扫描校准标记154 时所得到的脉冲信号174的列，成为相对于等间隔m的电子束列164a~ 164c 的扫描速度Vs,以时间、m/ ( Vs . cosy )的间隔发生的脉冲信号174的列。
如果要从某一脉沖信号174出现的时刻起检测标记位置，则产生与图22 (a)所示的同样的误差，所以如果对各脉冲信号174的间隔进行测定、平均，
52从而求从扫描开始坐标到脉沖出现为止的时间，则可以高精度地检测标记位置。
此外，图22 (b)的上侧的曲线图表示电子束列162a~ 162c扫描校准标 记152时所得到的脉冲信号172，与校准标记154同样能够高精度地进行位
置检测。
此外，来自4交准标记154的脉冲信号174和来自校准标记152的脉沖信 号172的各脉冲信号172、 174的相位差Pm由面辐射形电子源和绘制对象的 相对角度产生，通过对各脉沖信号172、 174的相位差Pm进行平均，从而能 够短时间、高精度地检测相对角度。此外，各脉冲信号172、 174的列的时间 间隔依赖于相对角度的增加而延长，因此可以由脉沖信号172、 174的列的间 隔同时检测相对角度和标记位置。在该情况下，电子束列、标记各有一个即 可。
此外，关于Py方向的校准标记152、 154的位置检测可以使用与Px方向 同才羊的方法。
但是，在Py方向中的校准标记152、 154的位置检测中，如图21所示， 与Px方向中的位置检测不同之处在于，使用包括三个在Px方向上延伸的电子 束列165a、 165b、 165c的一个电子束列群165，在Py方向上对绘制区域150 进行横切扫描，以及在绘制区域150中，为了不从电子束列165a、 165b、 165c 照射电子e而对束列165a、 165b、 165c施加空白(blanking)。关于除此以外 的校准标记152、 154的检测方法与Px方向上的位置检测方法同样，因此省 略其详细"i兌明。
另外，通过将电子束列162a~ 162c、 164a~ 164c的扫描方向(Px方向) 中的电子束列162a~162c、 164a ~ 164c的宽度设定为面辐射型电子源可辐射 的最小宽度，从而得到最高检测精度。此外，束的Py方向(垂直于束的扫描 方向的方向)的宽度采用对于面辐射型电子源和曝光对象的相对角度、相对 位置的偏离充分大的值，可以可靠地扫描标记上。
根据如以上这样检测出的校准标记152、 154的Px方向和Py方向的位置 的检测结果，进行绘制图形的坐标变换，使得能够通过图形生成部116在绘 制区域150适当地形成绘制图形。从电子辐射区域160辐射与坐标变换后的 绘制图形对应的电子e来进行绘制。由此，可以在绘制区域150中高精度地 形成绘制图形。
53此外，台84采用在平面方向上可平移和旋转的结构，根据校准标记152、 154的位置检测，对于台84将旋转、或平移、或旋转和平移进行组合，从而 移动台84，使得绘制图形在绘制区域150内为恰当的位置。由此，也可以高 精度地在绘制区域150中形成绘制图形。
上述任一实施方式的面辐射型电子源和绘制装置能够良好地利用于存储 器等各种半导体器件、DVD等光盘母盘、硬盘和微型机械等各种产品的制造。
以上，详细说明了本发明的面辐射型电子源和绘制装置，但本发明不限 定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然可以进行各种变 更和改良。
产业上的可利用性
本发明的面辐射型电子源和绘制装置通过具有量子细线的电子通过层的 量子细线的结构，对于每个量子细线，可以从表面电极的表面(电子辐射面) 沿大致垂直方向取出直进性高的电子。因此，可以使用直进性高的电子射线 以高分辨率等倍地统一进行图形绘制。进而，通过改变面辐射型电子源的表 面电极的大小，从而即使在绘制区域大的情况下，也可以等倍地统一进行图 形绘制。这样，即使在绘制区域大的情况下，也可以等倍地统一进行并且高 分辨率地进行使用电子射线的图形绘制。
权利要求
1.一种面辐射型电子源，其特征在于，具有平面状的第一电极；与所述第一电极相对设置的平面状的第二电极；设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电子通过层；以及对所述第二电极和所述第一电极施加电压的电源部，所述电子通过层中，隔开规定的间隔而设置多个量子细线，并从所述第二电极的表面辐射电子，所述量子细线在从所述第一电极朝向所述第二电极的第一方向上延伸，所述量子细线由硅构成，所述量子细线在所述第一方向上以规定间隔形成多个粗细度细的部分。
2. —种面辐射型电子源，其特征在于，具有 平面状的第一电极；与所述第 一 电极相对设置的平面状的第二电极；设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电子通过层；以及对所述第二电极和所述第 一 电极施加电压的电源部，所述电子通过层中，隔开规定的间隔而设置多个量子细线，并从所迷第 二电极的表面辐射电子，所述量子细线在从所述第一电极朝向所述第二电极 的第一方向上延伸，所述量子细线由硅构成，在所述第二电极和所述电子通过层之间，形成 由绝缘体或半导体构成的层，在所述第二电极的背面，在与所述各量子细线 匹配的位置上，对于所述量子细线形成凸部。
3. 如权利要求2所述的面辐射型电子源，其中，所述量子细线在所述第一方向上以规定间隔形成多个粗细度细的部分。
4. 如权利要求1 ~ 3的任何一项所述的面辐射型电子源，其中， 还具有将所述电子通过层保持在室温以下的温度的温度调节部。
5. 如权利要求1 ~4的任何一项所述的面辐射型电子源，其中，还具有由多个管状部件捆绑而成的多孔部件以及平面状的面电极，所述 管状部件中，与一个端部的第一开口部相比，另一个端部的第二开口部更宽， 并且直径随着从所述第一开口部向所述第二开口部而单调地增大，所述平面状的面电极与所述多孔部件的所述第二开口部侧相连， 所述管状部件由半导体或绝缘体构成，所述多孔部件连接到所述第二电极的表面上，使得所述第一开口部朝向 所述第二电极的表面。
6. 如权利要求1 ~4的任何一项所述的面辐射型电子源，其中，还具有 多孔部件，由多个管状部件捆绑而成，所述管状部件中，与一个端部的第一开口部相比，另一个端部的第二开口部更宽，并且直径随着从所述第一 开口部向所述第二开口部而单调地增大；电极，设置在所述多孔部件的各所述管状部件上；第二电源部，在所述第二电极和所述电极之间施加电压；以及控制部，对所述第二电源部的施加电压进行控制，所述管状部件由半导体或绝缘体构成，所述多孔部件连接到所述第二电极的表面上，使得所述第一开口部朝向 所述第二电极的表面。
7. 如权利要求1 ~6的任何一项所述的面辐射型电子源，其中， 所述第一电极在与从所述第二电极的表面辐射电子的区域相当的区域配置导电体，在辐射电子的部分以外配置绝缘体。
8. 如权利要求1 ~6的任何一项所述的面辐射型电子源，其中， 在所述第二电极的表面设有被形成为规定图形的电子吸收体。
9. 如权利要求1 ~ 8的任何一项所述的面辐射型电子源，其中， 在所述第一电极上设置多个开关元件，所述开关元件连接到一个量子细线或多个量子细线，并可以设为导通状态、非导通状态或半导通状态，并且 所述各开关元件连接到所述电源部，所述面辐射型电子源还包括开关控制部，用于使所述各开关元件中、设 置在与从所述第二电极的表面辐射电子的区域相当的区域中的开关元件成为 导通状态。
10. 如权利要求1 ~9的任何一项所述的面辐射型电子源，其中， 所述量子细线的净且细度为5nm以下。
11. 如权利要求1 ~ 10的任何一项所述的面辐射型电子源，其中， 所述量子细线的间隔为构成所述量子细线的物质的原子间隔以上。
12. 如权利要求1 ~ 11的任何一项所述的面辐射型电子源，其中，还具有石兹场施加部，在与所述第二电极的表面垂直方向上施加》兹场； 电子辐射角4企测器，检测在由所述电源部施加了电压时，从所述第二电 极的表面辐射的电子的辐射角；以及调节所述磁场施加部的磁场强度。
13. 如权利要求1 ~ 11的任何一项所述的面辐射型电子源，其中， 还具有脉冲磁场施加部，在与所述第二电极的表面垂直方向上施加脉沖磁场，所述电源部对所述第二电极和所述第 一 电极施加脉冲电压， 在由所述脉冲磁场施加部施加所述脉冲磁场的期间，所述电源部对所述 第二电极和所述第 一 电极施加脉冲电压。
14. 如权利要求1和3~ 13的任何一项所述的面辐射型电子源，其中， 由所述量子细线中的所述细的部分划分的区域构成量子点。
15. 如权利要求1 ~ 14的任何一项所述的面辐射型电子源，其中， 在所述量子细线的所述第二电极侧的前端部形成有电子吸收层，所述电子吸收层电连接到所述第二电极。
16. —种绘制装置，其特征在于，具有面辐射型电子源，其包括平面状的第一电极；与所述第一电极相对设 置的平面状的第二电极；设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电子通 过层；以及对所述第二电极和所述第一电极施加电压的电源部，所述电子通 过层中，隔开规定的间隔而设置多个量子细线，并从所述第二电极的表面辐 射电子，所述量子细线在从所述第一电极朝向所述第二电极的第一方向上延 伸；以及台，与所述面辐射型电子源的所述第二电极相对设置，并且在其表面上 放置绘制对象物，所述面辐射型电子源的所述量子细线由硅构成，所述量子细线在所述第 一方向上以规定间隔形成多个粗细度细的部分。
17. —种绘制装置，其特征在于，具有-.面辐射型电子源，其包括平面状的第一电极；与所述第一电极相对设 置的平面状的第二电极；设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电子通 过层；以及对所述第二电极和所述第一电极施加电压的电源部，所述电子通过层中，隔开规定的间隔而设置多个量子细线，并从所述第二电极的表面辐 射电子，所述量子细线在从所述第一电极朝向'所述第二电极的第一方向上延伸；以及台，与所述面辐射型电子源的所述第二电极相对设置，并且在其表面上 放置绘制对象物，所述面辐射型电子源的所述量子细线由硅构成，在所述面辐射型电子源的所述第二电极和所述电子通过层之间，形成由 绝缘体或半导体构成的层，在所述第二电极的背面，在与所述各量子细线匹 配的位置上，对于所述量子细线形成凸部。
18. 如权利要求17所述的绘制装置，其中，所述面辐射型电子源的所述量子细线在所述第一方向上以规定间隔形成 多个粗细度细的部分。
19. 如权利要求16-18的任何一项所述的绘制装置，其中，所述面辐射型 电子源还具有磁场施加部，在与所述第二电极的表面垂直方向上施加磁场； 电子辐射角检测器，；险测在由所述电源部施加了电压时，从所述第二电极的表面辐射的电子的辐射角；以及控制部，基于所述电子辐射角检测器对所述电子的辐射角的检测结果，调节所述磁场施加部的磁场强度。
20. 如权利要求16 ~ 19的任何一项所述的绘制装置，其中， 还具有将所述面辐射型电子源的所述电子通过层保持在室温以下的温度的温度调节部。
21. 如权利要求16 ~ 20的任何一项所述的绘制装置，其中，所述面辐射型电子源还具有由多个管状部件捆绑而成的多孔部件以及平 面状的面电极，所述管状部件中，与一个端部的第一开口部相比，另一个端 部的第二开口部更宽，并且直径随着从所述第一开口部向所述第二开口部而 单调地增大，所述平面状的面电极与所述多孔部件的所述第二开口部侧相连，所述管状部件由半导体或绝缘体构成，所述多孔部件连接到所述第二电极的表面上，使得所述第一开口部朝向 所述第二电极的表面。
22. 如权利要求16-20的任何一项所述的绘制装置，其中，所述面辐射型电子源还具有多孔部件，由多个管状部件捆绑而成，所述管状部件中，与一个端部的第一开口部相比，另一个端部的第二开口部更宽，并且直径随着从所述第一开口部向所述第二开口部而单调地增大；电极，设置在所述多孔部件的各所述管状部件上；第二电源部，在所述第二电极和所述电极之间施加电压；以及控制部，对所述第二电源部的施加电压进行控制，所述管状部件由半导体或绝缘体构成，所述多孔部件连接到所述第二电极的表面上，使得所述第 一开口部朝向所述第二电极的表面。
23. 如权利要求16-22的任何一项所述的绘制装置，其中，所述面辐射型电子源的所述第一电极在与从所述第二电极的表面辐射电子的区域相当的区域配置导电体，在辐射电子的部分以外配置绝缘体。
24. 如权利要求16 ~ 22的任何一项所述的绘制装置，其中，在所述面辐射型电子源的所述第二电极的表面设有被形成为规定图形的电子吸收体。
25. 如权利要求16 ~ 22的任何一项所述的绘制装置，其中，在所述面辐射型电子源的所述第一电极上设置多个开关元件，所述开关元件连接到一个量子细线或多个量子细线，并可以设为导通状态、非导通状态或半导通状态，并且所述各开关元件连接到所述电源部，所述绘制装置还包括开关控制部，用于使所述各开关元件中、设置在与态。 '5 、、Z':、'。、、、 、、'''
26. 如权利要求16和18 ~ 25的任何一项所述的绘制装置，其中，由所述面辐射型电子源的所述量子细线中的所述细的部分划分的区域构成量子点。
全文摘要
本发明的面辐射型电子源具有平面状的第一电极；与第一电极相对设置的平面状的第二电极；设置在第一电极和第二电极之间的电子通过层；以及对第二电极和第一电极施加电压的电源部。电子通过层中，隔开规定的间隔而设置多个量子细线，并从第二电极的表面辐射电子，量子细线在从第一电极朝向第二电极的第一方向上延伸。量子细线由硅构成，同时在第一方向上以规定间隔形成多个粗细度细的部分。
文档编号H01J1/312GK101657875SQ200880011889
公开日2010年2月24日 申请日期2008年4月23日 优先权日2007年4月25日
发明者大井英之, 小岛明 申请人:株式会社克莱斯泰克