KR20090023328A - 다이아몬드 전자 방사 음극, 전자원, 전자 현미경 및전자빔 노광기 - Google Patents

다이아몬드 전자 방사 음극, 전자원, 전자 현미경 및전자빔 노광기 Download PDF

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요시유키 야마모토
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요시키 니시바야시
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 고휘도, 저에너지 분산, 또한 긴 수명의 전자 방사 음극을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여, 충분히 안정적으로 파지 가능하며, 또한 선단이 첨예화되고, 전계 강도가 향상된 다이아몬드 전자 방사 음극의 제공을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극(110)은 적어도 3개의 영역, 즉 기둥 형상의 선단에 전자 방사를 목적으로 하는 선단 영역(203)과, 길이 방향으로의 대면(對面)에 파지를 목적으로 하는 후단 영역(201)과, 좁은 직경으로 가공된 중간 영역(202)으로 구별되고, 후단 영역의 단면적이 0.2 ㎟ 이상이며, 선단 영역의 선단이 첨예화 가공되어 있고, 좁은 직경으로 가공된 중간 영역의 단면적이 최대 0.1 ㎟ 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

다이아몬드 전자 방사 음극, 전자원, 전자 현미경 및 전자빔 노광기{DIAMOND ELECTRON RADIATION CATHODE, ELECTRON SOURCE, ELECTRON MICROSCOPE, AND ELECTRON BEAM EXPOSER}
본 발명은 전자 현미경, 전자빔 노광기 등의 전자선 및 전자빔 기기 등에 사용되는 전계 방출형의 다이아몬드 전자 방출 음극에 관한 것이다. 또한, 상기 다이아몬드 전자 방출 음극을 갖는 전자원 및 이들을 사용한 전자 기기에 관한 것이다.
전자는 마이너스의 전하를 가지며, 질량이 매우 작기 때문에, 전자를 한 방향으로 정렬시켜서 흐르게 한 전자 빔은 이하와 같은 특징을 갖고 있다. (1) 전계나 자계로 방향이나 수속도(收束度)를 제어할 수 있다. (2) 전계에 의한 가감속으로 광범위한 에너지를 얻을 수 있다. (3) 파장이 짧기 때문에, 좁게 압축할 수 있다. 이러한 특징을 살린 전자 현미경이나, 전자빔 노광기가 널리 보급되어 있다. 이들의 음극 재료로서, 예컨대, 열전자 방출원으로서는 저렴한 W 필라멘트나, 휘도가 높은 전자빔을 얻을 수 있는 LaB6 등의 헥사보라이드(hexaboride)가 있다.
또한, 보다 더 고휘도이며 에너지 폭이 좁은 음극으로서, 양자 효과에 의한 터널 현상을 이용한 첨예화 W나, 전계에 의한 쇼트키(Schottky) 효과를 이용한 ZrO/W가 사용되고 있다.
전자 현미경에 있어서는 보다 작은 것을 고 정밀도로 관찰하려는 요구가 있으며, 전자빔 노광기에 있어서는 65 ㎚ 노드보다 가느다란 노드의 개발이 진행되어 오고 있기 때문에, 보다 고휘도이며 에너지 폭이 좁은 음극이 요구되고 있다.
이러한 기대에 부응하는 재료 중 하나로서 다이아몬드가 있다. 다이아몬드에는 비특허 문헌 1 또는 비특허 문헌 2에 있는 바와 같이 전자 친화력이 부(負;NEA)의 상태, 또는 일함수가 작은 금속과 비교해도 작은 정(正;PEA)의 상태가 존재한다. 이 매우 희귀한 물성을 살리면, W 필라멘트나 LaB6 또는 ZrO/W와 같이, 1000℃를 넘는 고열을 필요로 하지 않고, 고전류 밀도 전자 방출이 가능하며, 에너지 폭이 좁게 억제된다. 또한, 구동 온도가 낮기 때문에 긴 수명을 기대할 수 있다. 또한, 비특허 문헌 3과 같은 선단 직경 10 ㎚를 얻을 수 있는 미세 가공 기술이 있기 때문에 고 휘도화도 문제가 되지 않는다. 또한, 다이아몬드에 대해서는, 상기 전자 친화력을 갖는 것이 판명된 이후에, 비특허 문헌 4나 특허 문헌 1과 같은 전자원이 현재까지 제안되어 왔다.
전자총에는, 열전자 방출형, 전계 방출형 등, 전자 방출의 메커니즘에 의한 여러 가지 형태가 있으나, 모두가 전자를 방출시키기 위해서 전자 방출 음극에 전계를 인가하여 전자를 인출하도록 구성되어 있다. 전계는 평면 형상으로 인가하는 것보다 첨예단을 갖는 형상으로 인가하는 편이 동일한 전압인 경우에 보다 집중되기 때문에, 전자총에 사용되는 전자 방출 재료로서는 가늘고 뾰족한 것이 많이 이 용된다.
양자 효과에 의한 터널 현상을 이용하여, 실온에서 전자를 추출하는 첨예화 W는, 전계 방출형 전자총이라고 불린다. 전자 방출원(이미터)으로서는 W(111), W(310) 또는 W(100) 방위 단결정을 주재료로 하는 길이 2 ㎜보다 약간 큰 첨예단을 갖는 칩이며, 이를 W 필라멘트에 부착하여 이용한다. 이 이미터와 쌍을 이루는 인출 전극이 이미터로부터 수 ㎜ 정도의 거리를 두고 배치된다. 이들 이미터 및 인출 전극은 고진공 상태로 배기된다.
이 첨예화 W를 이용한 전계 방출형 전자총은, 다른 열전자원 등과 비교하여 압도적으로 전자의 에너지 폭이 작고, 휘도가 높다는 특징을 갖는다. 에너지 폭이 200 meV ∼ 300 meV 정도가 되어, 전자 광학계에 사용되는 렌즈의 색수차를 저감할 수 있기 때문에, 전자 현미경의 성능 향상에 크게 도움이 되고 있다. 그러나, 10-8 ㎩ 정도의 상당히 고진공에서 사용하지 않으면 안 될 뿐만 아니라, 정기적으로 이미터를 순간적으로 통전 가열하고 이미터에 흡착된 가스 분자를 제거한다는 청정화 작업(열플래시)이 필요 불가결하였다.
다이아몬드를 사용한 전자총에서는, 종래의 전자총에 비하여 고휘도, 저에너지 분산, 긴 수명이 기대되지만, 특히 열전계 방출형 또는 전계 방출형 전자총으로서 사용하는 경우에 그 파지 방법에 대해서는 이하와 같은 과제가 있었다.
즉, 예컨대 전자 방출 재료로서 LaB6를 사용하는 열전계 방출형 전자총에서는, 선단을 첨예화시킨 LaB6로 이루어지는 칩을 금속 등으로 끼워서 파지하는 형태 로 되어 있으나, 이 방법에서는 파지하는 영역에 어느 정도의 굵기가 필요하다. 구체적으로는, 단면적이 0.1 ㎟ 미만이 되면, 파지하는 것이 어려워진다. 따라서, 파지하는 영역에는 단면적으로서 0.1 ㎟ 이상의 굵기가 필요해지지만, 여기서부터 전자 방출부를 향하여 첨예화 가공을 하면, 선단을 한층 더 첨예화하기가 어려워진다. 또한, 서프레서(suppresser) 부분의 구경을 크게 할 필요가 발생하며, 이것은 인출 효과의 향상에 악영향을 미친다.
한편, ZrO/W나 냉음극에 사용되는 W 전극에서는 선단을 첨예화시킨 W 칩을 W 와이어에 용접하여 파지하고 있다. 이 방법에 따르면, 충분히 첨예화된 전자 방사 음극을 사용할 수 있으나, 다이아몬드를 전자 방사 음극으로서 적용한 경우에는 금속 와이어에 대한 용접이 매우 어렵다는 문제가 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 평4-67527호 공보
비특허 문헌 1: Phys.Rev.B., Vol.20, Number 2(1979) 624, 에프 제이 힘프셀 등(F.J.Himpsel et al.)
비특허 문헌 2: New Diamond and Frontier Carbon Technology, Vol.10, No.6, (2000) 363, 제이 리스테인 등(J.Ristein et al.)
비특허 문헌 3: SEI Technical Review, 57, (2004) 31, 와이 니시바야시 등(Y.Nishibayashi et al.)
비특허 문헌 4: J.Vac.Sci.Technol.B 14, (1996) 2051, 더블유 비 최 등(W.B.Choi et al.)
따라서, 본 발명은 고휘도, 저에너지 분산, 긴 수명의 전자 방사 음극을 제공하기 위하여, 다이아몬드에 의해 제작된 전자 방사 음극을 제공하는 것을 과제로 한다. 이 경우에, 충분히 안정적으로 파지 가능하고, 선단이 첨예화되며, 전계 강도가 향상된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그래서, 본 발명자들은, 다이아몬드를 전자 방사 음극으로서 사용할 때의 파지 방법과 선단의 첨예화, 나아가 선단에서의 전계 강도의 향상을 양립시키기 위해서 예의 검토를 거듭하여, 본 발명에 이른 것이다.
즉, 본 발명은 하기와 같다.
1) 적어도 일부에 단결정 다이아몬드를 갖는 기둥 형상의 다이아몬드 전자 방사 음극으로서, 상기 기둥 형상의 다이아몬드 전자 방사 음극이, 적어도 전자 방사를 목적으로 하는 선단 영역과, 파지를 목적으로 하는 후단 영역과, 상기 선단 영역과 후단 영역 사이에 위치하며 좁은 직경으로 가공된 중간 영역으로 이루어지고, 상기 선단 영역의 선단부가 첨예화 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
2) 상기 후단 영역의 단면적이 0.1 ㎟ 이상이고, 상기 중간 영역의 단면적이 0.1 ㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1)에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
3) 상기 후단 영역의 길이 방향의 길이가 0.5 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하이고, 상기 중간 영역의 길이 방향의 길이가 0.5 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 또는 2)에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
4) 상기 후단 영역과 상기 선단 영역과 상기 중간 영역이 공통 주면(主面)을 가지며, 상기 공통 주면 상의 적어도 일부에 도전층이 형성되고, 상기 도전층에 의해, 상기 후단 영역과 상기 선단 영역 사이의 전기적 도통(導通)이 확보되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 1) 내지 3) 중 어느 하나에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
5) 상기 공통 주면의 면 방위가, (111)면 또는 (111)면으로부터의 어긋남이 8도(°) 이내인 것을 특징으로 하는 상기 4)에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
6) 상기 도전층이 n형 반도성(半導性)을 나타내는 다이아몬드에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 4)에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
7) 상기 후단 영역의 단면 형상이 대략 직사각형 또는 대략 정사각형인 것을 특징으로 하는 상기 1) 내지 6) 중 어느 하나에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
8) 상기 좁은 직경으로 가공된 중간 영역에서의 두께가 0.02 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 내지 7) 중 어느 하나에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
9) 적어도 일부에 단결정 다이아몬드를 갖는 기둥 형상의 다이아몬드 전자 방사 음극으로서, 상기 기둥 형상의 다이아몬드 전자 방사 음극이, 적어도 전자 방사를 목적으로 하는 선단 영역과, 파지를 목적으로 하는 후단 영역으로 이루어지고, 상기 선단 영역의 선단부가 첨예화 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
10) 상기 후단 영역의 단면적이 0.1 ㎟ 이상이고, 상기 후단 영역의 길이 방향의 길이가 0.5 m 이상 2.0 m 이하이며, 상기 선단 영역의 길이가 1.0 ㎜ 이상 3.0 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 9)에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
11) 상기 후단 영역과 상기 선단 영역이 공통 주면을 가지며, 상기 공통 주면 상의 적어도 일부에 도전층이 형성되고, 상기 도전층에 의해, 상기 후단 영역과 상기 선단 영역 사이의 전기적 도통이 확보되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 9) 또는 10)에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
12) 상기 공통 주면의 면 방위가, (111)면 또는 (111)면으로부터의 어긋남이 8도 이내인 것을 특징으로 하는 상기 11)에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
13) 상기 도전층이 n형 반도성을 나타내는 다이아몬드에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 11)에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
14) 상기 후단 영역의 단면 형상이 대략 직사각형 또는 대략 정사각형인 것을 특징으로 하는 상기 9) 내지 13) 중 어느 하나에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극을 제공한다.
15) 적어도, 상기 1) 내지 8) 중 어느 하나에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극과, 절연성 세라믹과, 상기 전자 방사 음극에 전류를 공급하기 위한 한 쌍 이상의 단자로 이루어지는 구조체를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자원을 제공한다.
16) 상기 15)에 기재된 다이아몬드 전자원으로서, 다이아몬드 전자 방사 음극의 선단 영역 이외로부터의 전자 방사를 억제하기 위한 도전성 부재를 가지며, 상기 도전성 부재에 형성된 관통 구멍에 상기 다이아몬드 전자 방사 음극의 중간 영역이 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자원을 제공한다.
17) 적어도, 상기 9) 내지 14) 중 어느 하나에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극과, 절연성 세라믹과, 상기 전자 방사 음극에 전류를 공급하기 위한 한 쌍 이상의 단자로 이루어지는 구조체를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자원을 제공한다.
18) 상기 17)에 기재된 다이아몬드 전자원으로서, 다이아몬드 전자 방사 음극의 선단 영역 이외로부터의 전자 방사를 억제하기 위한 도전성 부재를 가지며, 상기 도전성 부재에 형성된 관통 구멍에 상기 다이아몬드 전자 방사 음극의 선단 영역이 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자원을 제공한다.
19) 상기 15) 내지 18)에 기재된 다이아몬드 전자원을 탑재하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 현미경을 제공한다.
20) 상기 15) 내지 18)에 기재된 다이아몬드 전자원을 탑재하고 있는 것을 특징으로 하는 전자빔 노광기를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자 방사 음극(제1 실시형태)을 도시하는 사시도이 다.
도 2는 실시예에 따른 전자 방사 음극의 제조 프로세스(제1 실시형태)를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전자총을 도시하는 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자 방사 음극(제2 실시형태)을 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전자 방사 음극의 제조 프로세스(제2 실시형태)를 도시하는 사시도이다.
<부호의 설명>
101, 501: 다이아몬드 단결정 102, 502: 면 방위(111)면
103, 503: P도핑 에피택셜 다이아몬드 104, 504: Al의 패턴
110, 400: 다이아몬드 전자 방사 음극
201, 401: 후단 영역 202: 중간 영역
203, 402: 선단 영역 301: 전자총
310: 서프레서 320: 단자
330: 절연성 세라믹 340: 인코넬제의 금속 부재
350: 스페이서
본 발명의 제1 실시형태는 아래 기재한 바와 같다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 다이아몬드 전자 방사 음 극(110)은, 길이 방향을 따라서 3분할 할 수 있다. 즉, 파지를 목적으로 하는 후단 영역(201)과, 좁은 직경으로 가공된 중간 영역(202)과, 전자 방사를 목적으로 하는 선단 영역(203)으로 구성된다.
전자 방사를 목적으로 하는 선단 영역의 선단부는 첨예화 가공되어 있다. 파지를 목적으로 하는 후단 영역이 있기 때문에, 종래품과 마찬가지로, 기계적으로 끼워서 파지하는 것을 용이하게 할 수 있다. 또한, 이 후단 영역의 길이 방향에 대하여 직교하는 단면의 형상이 직사각형 또는 정사각형인 것이, 파지하기 용이하다는 관점에서도 바람직하다.
중간 영역은 후단 영역과 선단 영역의 중간에 위치하며, 후단 영역보다 좁은 직경으로 가공되어 있다. 여기서 말하는 좁은 직경으로의 가공이란, 후단 영역의 길이 방향에 대하여 직교하는 단면의 형상이 직사각형 또는 정사각형인 경우에 직사각형·정사각형의 적어도 한 쌍의 대향하는 변의 길이를 10% 이상 감소시키는 가공을 말한다.
본 실시형태에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극은, 모두 다이아몬드에 의해 형성되어 있어도 좋고, 다이아몬드 이외의 재료와 조합되어 형성되어 있어도 좋으나, 모두 다이아몬드에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 다이아몬드로 형성되어 있는 부분 중 적어도 일부를 단결정 다이아몬드로 함으로써, 안정된 전자 방출 특성을 얻을 수 있기 때문에 보다 바람직하다. 특히, 선단 영역이 단결정 다이아몬드인 것이 바람직하다.
좁은 직경으로 가공된 중간 영역은, 그 길이 방향에 대하여 직교하는 면의 단면적이 O.1 ㎟ 이하이면, 그 선단을 첨예화하여 전자 방사를 목적으로 하는 영역을 형성하는데 유리하다. 또한, 서프레서의 구경을 필요한 최소한도로 유지할 수 있으며, 나아가 인출 전극도 작게 할 수 있기 때문에, 특히 전계의 힘을 빌려서 전자 방출시킬 필요가 있는 경우에 유효하다.
한편, 파지를 목적으로 하는 후단 영역은, 그 길이 방향에 직교하는 단면적이 0.1 ㎟ 이상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 기계적으로 끼워서 파지하는 것이 보다 용이해지며, 그 기계적 강도를 충분히 확보할 수 있기 때문에, 장시간 동작시킨 후에도 그 강도를 유지할 수 있다. 또한, 파지를 목적으로 하는 후단 영역의 길이는, 너무 짧으면 파지력이 약해지고, 너무 길면 비용이 비싸진다. 그 때문에, 0.5 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하가 바람직하다.
다이아몬드는 진성(眞性) 반도체이며 밴드갭이 5 eV 이상으로 크기 때문에, 실온에서는 절연체이다. 전자 방사 음극으로서 사용하는 경우에는, 전자 방사를 목적으로 하는 선단 영역과 파지를 목적으로 하는 후단 영역 사이에 도전성이 없으면 안 된다. 그래서 본 발명에서는, 선단 영역과 후단 영역, 또한 좁은 직경으로 가공된 중간 영역이 공통 주면을 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 이들의 상기 주면에 도전층을 형성함으로써 후단 영역과 선단 영역 및 중간 영역 사이에 전기적 도통을 형성할 수 있기 때문이다. 이에 따라, 가령 불순물의 혼입이 없는 진성 반도체로서의 특성을 나타내는 다이아몬드를 재료로서 사용한 경우에 의해서도, 후단 영역과 선단 영역 사이에 도통을 유지할 수 있으며, 전자 방사 특성을 향상시킬 수 있다.
도전층은 다이아몬드로 이루어지는 것이 내구성 등의 관점에서도 바람직하 다. 다이아몬드는, 불순물을 그 격자 내에 혼입시킴으로써 반도성을 갖게 할 수 있다. 예컨대, B(붕소)를 혼입시키면 p형의 반도체가 되고, N(질소)이나 P(인)를 혼입시키면 n형의 반도체가 된다. 전자 방출 재료로서는, n형 반도체를 사용하는 편이 에너지적으로 유리하다. n형 반도체 중, P를 혼입시킨 것은 N을 혼입시킨 것에 비해서 그 활성화 에너지가 작고, 보다 저온에서 다수의 캐리어(전자)를 전도대에 공급할 수 있다. 그러나, P를 혼입시킨 n형 반도성을 갖는 다이아몬드를 도전층으로서 다이아몬드 상에 형성하기 위해서는, 그 형성하는 면은 (111)면 또는 (111)면으로부터 8도 이하로 방위가 어긋나는 것이 바람직하다. 즉, 상기 공통 주면의 면 방위도 이 범위로 하는 것이 바람직하다.
좁은 직경으로 가공된 중간 영역의 두께는 0.02 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 이하인 것이 바람직하다. 0.15 ㎜를 초과하면 충분한 선단의 첨예화를 달성하는 것이 어려워진다. 또한, 0.02 ㎜ 보다도 얇으면, 기계적 강도가 극단적으로 저하되어, 파지 공정이나 제품으로서의 사용 중에 파손될 가능성이 커지고, 또한 전자총에 부착한 후의 내구성의 측면에서 보아도 바람직하지 않다. 여기서, 좁은 직경으로 가공된 중간 영역의 두께란, 전술한 주면의 법선 방향의 두께를 말한다.
첨예화의 방법은, 예컨대 기계적 연마에 의한 방법이나, 포토리소그래피와 에칭을 조합한 방법, 에픽택셜 성장에 의한 방법 등을 사용할 수 있으나, 보다 간편하게 보다 첨예화된 선단을 얻는다는 관점에서 생각하면, 포토리소그래피와 에칭을 조합한 방법이 바람직하다.
전자 현미경이나 전자빔 노광기 등에 실장하기 위한 구조체인 전자원은, 본 실시형태에서의 다이아몬드 전자 방사 음극과, 절연성 세라믹과, 다이아몬드 전자 방사 음극에 전류를 공급하기 위한 한 쌍 이상의 단자로 이루어지는 구조체인 것이 바람직하다. 이 경우, 종래의 음극 재료가 사용되고 있는 전자빔 기기에서의 전원계에 특별한 고안 없이 본 발명에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극을 부착하는 것이 가능해진다.
또한, 열전계 방사형으로서 본 실시형태의 전자 방사 음극을 적용할 때, 전자 방사부 이외로부터의 열전자 등을 억제하기 위한 서프레서가 필요해진다. 본 실시형태의 전자 방사 음극의 좁은 직경으로 가공된 영역 또는 전자 방사를 목적으로 하는 영역이, 서프레서의 구멍을 관통시키는 구조를 채용하는 것이 바람직하다. 따라서, 중간 영역의 길이 방향의 길이와 선단 영역의 길이 방향의 길이의 합이, 서프레서의 구멍의 길이 이상인 것이 바람직하다. 중간 영역의 길이 방향의 길이로서는, 0.5 ㎜ 이상인 것이 바람직하다. 너무 길면 비용 상승으로 이어지기 때문에 2 ㎜ 이하가 바람직하다.
본 실시형태에 따른 전자 현미경은, 상기 본 실시형태에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극 또는 다이아몬드 전자원이 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 실시형태에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극 또는 다이아몬드 전자원은, 고 전류 밀도, 고 휘도, 저 에너지 폭의 전자빔을 얻을 수 있기 때문에, 종래 음극 재료가 사용되고 있는 전자 현미경과 비교해서 고 배율 관찰이 가능하다.
본 실시형태에 따른 전자빔 노광기는, 상기 본 실시형태에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극 또는 다이아몬드 전자원이 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극 또는 다이아몬드 전자원은, 고 전류 밀도, 고 휘도, 저 에너지 폭의 전자빔을 얻을 수 있기 때문에, 종래 음극 재료가 사용되고 있는 전자빔 노광기와 비교해서 미세 패턴을 높은 작업 처리량으로 묘화(描畵)하는 것이 가능하다.
본 발명의 제2 실시형태는 아래 기재한 바와 같다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 이 실시형태에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극(400)은 길이 방향으로 2분할 할 수 있다. 즉, 파지를 목적으로 하는 후단 영역(401)과, 전자 방사를 목적으로 하는 선단 영역(402)으로 구성된다.
전자 방사를 목적으로 하는 선단 영역의 선단부는 첨예화 가공되어 있다. 파지를 목적으로 하는 후단 영역이 있기 때문에, 종래품과 마찬가지로, 기계적으로 끼워서 파지하는 것을 용이하게 할 수 있다. 또한, 이 후단 영역의 길이 방향에 대하여 직교하는 단면의 형상이 직사각형 또는 정사각형인 것이, 파지하기 용이하다는 관점에서도 바람직하다.
본 실시형태에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극은, 모두 다이아몬드로 형성되어 있어도 좋고, 다이아몬드 이외의 재료와 조합되어 형성되어 있어도 좋으나, 모두 다이아몬드에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 다이아몬드로 형성되어 있는 부분 중 적어도 일부를 단결정 다이아몬드로 함으로써 안정된 전자 방출 특성을 얻을 수 있기 때문에, 보다 바람직하다. 특히, 선단 영역이 단결정 다이아몬드인 것이 바람직하다.
한편, 파지를 목적으로 하는 후단 영역은 그 길이 방향에 직교하는 단면적이 0.1 ㎟ 이상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 기계적으로 끼워서 파지하는 것이 보다 용이해지고, 그 기계적 강도를 충분히 확보할 수 있기 때문에, 장시간 동작시킨 후에도 그 강도를 유지할 수 있다. 또한, 파지를 목적으로 하는 후단 영역의 길이는, 너무 짧으면 파지력이 약해지고, 너무 길면 비용이 비싸진다. 그 때문에, 0.5 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하가 바람직하다.
다이아몬드는 진성 반도체이며 밴드갭이 5 eV 이상으로 크기 때문에, 실온에서는 절연체이다. 전자 방사 음극으로서 사용하는 경우에는, 전자 방사를 목적으로 하는 선단 영역과 파지를 목적으로 하는 후단 영역 사이에 도전성이 없으면 안 된다. 그래서 본 발명에서는, 선단 영역과 후단 영역이 공통 주면을 갖는 것이 바람직하다. 그리하여, 이들의 상기 주면에 도전층을 형성함으로써 후단 영역과 선단 영역 사이에 전기적 도통을 형성할 수 있기 때문이다. 이에 따라, 가령 불순물의 혼입이 없는 진성 반도체로서의 특성을 나타내는 다이아몬드를 재료로서 사용한 경우에 의해서도, 후단 영역과 선단 영역 사이에 도통을 유지할 수 있으며, 전자 방사 특성을 향상시킬 수 있다.
도전층은 다이아몬드로 이루어지는 것이 내구성 등의 관점에서도 바람직하다. 다이아몬드는, 불순물을 그 격자 내에 혼입시킴으로써 반도성을 갖게 할 수 있다. 예컨대, B(붕소)를 혼입시키면 p형의 반도체가 되고, N(질소)이나 P(인)를 혼입시키면 n형의 반도체가 된다. 전자 방출 재료로서는, n형 반도체를 이용하는 편이 에너지적으로 유리하다. n형 반도체 중, P를 혼입시킨 것은 N을 혼입시킨 것에 비해서 그 활성화 에너지가 작고, 보다 저온에서 다수의 캐리어(전자)를 전도대에 공급할 수 있다. 그러나, P를 혼입시킨 n형 반도성을 갖는 다이아몬드를 도전층으로서 다이아몬드 상에 형성하기 위해서는, 그 형성하는 면은 (111)면 또는 (111)면으로부터 8도 이하로 방위가 어긋나는 것이 바람직하다. 즉, 상기 공통 주면의 면 방위도 이 범위로 하는 것이 바람직하다.
전자 현미경이나 전자빔 노광기 등에 실장하기 위한 구조체인 전자원은, 본 실시형태에서의 다이아몬드 전자 방사 음극과, 절연성 세라믹과, 다이아몬드 전자 방사 음극에 전류를 공급하기 위한 한 쌍 이상의 단자로 이루어지는 구조체인 것이 바람직하다. 이 경우, 종래의 음극 재료가 사용되고 있는 전자빔 기기에서의 전원계에 특별한 고안 없이 본 발명에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극을 부착하는 것이 가능해진다.
또한, 열전계 방사형으로서 본 실시형태의 전자 방사 음극을 적용할 때, 전자 방사부 이외로부터의 열전자 등을 억제하기 위한 서프레서가 필요해진다. 본 실시형태의 전자 방사 음극의 전자 방사를 목적으로 하는 영역이, 서프레서의 구멍을 관통시키는 구조를 채용하는 것이 바람직하다. 따라서, 좁은 직경으로 가공된 영역의 길이 방향의 길이는 서프레서의 구멍의 길이 이상인 것이 바람직하고, 1 ㎜ 이상인 것이 바람직하다. 너무 길면 비용 상승으로 이어지기 때문에, 3 ㎜ 이하가 바람직하다.
본 실시형태에 따른 전자 현미경은 상기 본 실시형태에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극 또는 다이아몬드 전자원이 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 실시형태에 따른 다이아몬드 전자 방사 음극 또는 다이아몬드 전자원은 고전류 밀도, 고휘도, 저에너지 폭의 전자빔을 얻을 수 있기 때문에, 종래 음극 재료가 사용되고 있는 전자 현미경과 비교하여 고배율 관찰이 가능하다.
<실시예>
이하, 본 발명의 상세에 대해서, 실시예에 기초하여 설명한다.
(실시예 1)
도 2의 a)에 도시하는 바와 같이, 고온 고압 합성법에 의해 얻어진 단결정 다이아몬드 A∼D를 준비하였다. 또한, 마찬가지로 기상 합성법에 의해 호모 에픽택셜 성장시켜 얻어진 단결정 다이아몬드 E도 준비하였다. 면 방위는, 도면 중 102의 면이 (111)면(면 방위의 어긋남은 3∼5도)이었다. 도 2의 b)에 도시하는 바와 같이, 이 (111)면 상에, P도핑 에피택셜 다이아몬드(103)를 마이크로파 플라즈마 CVD법에 의해 3 ㎛ 두께로 성막(成膜)하였다. 이 성막한 면에, 포토리소그래프법을 사용하여, 도 2의 c)에 도시한 바와 같은 Al의 패턴(104)을 형성하였다. Al의 두께는 약 3 ㎛∼10 ㎛였다. 이 Al을 마스크로 하고, CF4 첨가의 산소 가스를 사용하여 다이아몬드의 반응성 이온 에칭(이하, RIE라고 기재함)을 행하였다. 그 결과, 약 60 ㎛∼150 ㎛ 정도의 깊이로 에칭되어, 도 2의 d)에 도시하는 바와 같은 형상이 얻어졌다.
그 후, 메탈 마스크에 의해 선단으로부터 수 밀리(mm) 길이를 덮고, CF4 가스 첨가의 산소 분위기에서 RIE법에 의해 P도핑 에피택셜층을 형성하지 않은 면으로부터 에칭하였다. 그때, 적절하게 레이저 가공에 의한 면 가공에 의한 에칭도 병 용하였다.
그 결과, 도 2의 e)에 도시하는 바와 같이, 선단 영역, 중간 영역이 형성되며, 중간 영역의 두께는 표 1과 같이 되었다. 이때, 선단은, 도 2의 d)에 이르는 단계에서, 금속을 마스크로 해서 다이아몬드를 RIE 처리할 때에, 금속 마스크의 첨예도(곡률 반경)를 서브 ㎛ 정도로 높여 두면, 다이아몬드의 선단은 동일한 정도의 첨예도로 유지할 수 있다. 또한, 이면으로부터의 RIE에 의해 첨예도는 약간 나빠지지만, 서브 ㎛ 정도의 곡률 반경을 유지할 수 있다. 실제로 도 2의 e)에서의 선단의 곡률 반경을 측정하면, 표 1에 나타내는 바와 같이, 대략 1 ㎛ 이하로 되어 있었다.
이렇게 해서 얻어진 전자 방사 음극 A∼E의, 파지를 목적으로 하는 후단 영역(201)의 단면적, 길이 방향의 길이, 중간 영역(202)의 단면적, 길이 방향의 길이를 표 1에 나타낸다.
이렇게 해서 얻어진 전자 방사 음극 A∼E를, 도 3에 도시한 바와 같은 전자총(301)에 삽입하였다. 즉, 인코넬(inconel)제의 금속 부재(340)로 상기 다이아몬드 전자 방사 음극 A(110)를 끼우고, 코바르(kovar)제의 단자(320)로부터 전류를 공급한다. 상기 단자는 절연성 세라믹(330)에 의해 유지되어 있다. Mo제의 서프레서(선단 구경 0.6 ㎜φ)(310)를 부착한 후, 전자 현미경(가부시키가이샤 엘리오닉스 제조, 모델 번호 ERA-8900FE)에 부착하였다. 이때, 좁은 직경으로 가공된 중간 영역(202)이, 서프레서(310)의 구멍을 관통하고 있도록 하였다. 주사형 전자 현미경(이하, SEM이라 기재함)의 전자총부에 부착할 때에, 칩 선단과 인출 전극의 거리 를 0.3 ㎜ 정도로까지 접근시켰다.
코바르제의 단자(320)를 통해 전자 방사 음극 A∼E에 전류를 공급하고, 칩 온도를 가열하였다. 인출 전압을 5 ㎸, 가속 전압을 30 ㎸로 하여 이미션 전류를 평가하였다.
에너지 분산 평가를 표 1에 함께 나타낸다. SEM 관찰용으로서 우수한 성능을 발휘하였다. 또한, 전자빔 노광 장치(니혼 덴시 가부시키가이샤, 모델 번호 JSM-7000F)에 부착한 결과, 선 폭 100 ㎚ 이하의 묘화를 실현할 수 있었다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일한 방법으로, 표 2에 기재된 전자 방사 음극 G∼L을 제작하였다.
G는 중간 영역의 폭이 넓고, 단면적이 0.225 ㎟로 되어 있다. 이 결과, 서프레서(310)의 구멍에 관통시킬 수 없어, 구멍을 넓힌 서프레서를 사용하여 전자총을 조립할 필요가 있었다. 그 전자총을 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로 전자 현미경, 전자빔 묘화 장치에 삽입한 결과, 이미션 전류는 충분히 추출할 수 있었으나, 수속성이 1 ㎛φ 이상으로 나빠져서 , 고분해능의 전자 현미경 관찰이나 고정밀도의 패턴 묘화는 할 수 없었다.
H, I는 후단 영역 및 중간 영역의 길이가 각각 4 ㎜로 길게 되어 있다. 이렇게 하면, 소재의 사이즈가 5 ㎜ 길이 이상으로 길어져서, 비용 상승으로 이어졌다.
J는 선단 영역, 중간 영역, 후단 영역의 공통 주면의 면 방위가 (100)이었다. 이렇게 하면, 주면에 형성하는 n형 다이아몬드층의 저항을 낮출 수 없으며, J 를 사용해서 제작한 전자총을 전자 현미경에 삽입하여 실시예 1과 동일하게 측정한 결과, 이미션 전류가 최대여도 10 ㎂ 이하가 되어, 전자 현미경, 전자빔 노광기용으로서는 불충분하였다.
K는 중간 영역의 두께가 0.3 ㎜로 두껍게 되어 있다. 이렇게 하자, 첨예 가공된 선단의 선단 곡률 반경이 12 ㎛로 나빠져 버렸다. 이것을 사용해서 제작한 전자총을 삽입하여 실시예 1과 동일하게 측정한 결과, 이미션 전류는 80 ㎂ 정도로 추출할 수 있었으나, 수속성은 5 ㎛ 이상으로 나빠져서, 전자 현미경, 전자빔 노광기용으로서는 불충분하였다.
L은 중간 영역의 두께가 0.01 ㎜로 되었으나, 전자총으로서 조립하는 도중에 중간 영역인 곳에서 파단해 버려, 전자총으로서 사용할 수 없었다.
또한, 전자 방사 음극 F로서, 다이아몬드가 아니라, 종래 기술인 ZrO/W 전자총(시판품)을 사용한 것을 준비하였다. 이미션 전류는 약 90 ㎂ 로 추출할 수 있었으나, 이 양의 전자 방출에는 온도를 1800℃ 정도까지 올릴 필요가 있었으며, 그 결과, 얻어진 전자빔의 에너지 분산이 0.7 eV로 커졌다.
(실시예 2)
도 5의 a)에 도시하는 바와 같이, 고온 고압 합성법에 의해 얻어진 단결정 다이아몬드 M∼P를 준비하였다. 또한 마찬가지로, 기상 합성법에 의해 호모 에픽택셜 성장시켜 얻어진 단결정 다이아몬드 Q도 준비하였다. 면 방위는, 도면 중 502 면을 (111)면(면 방위의 어긋남은 3∼5도)으로 하였다. 도 5의 b)에 도시하는 바와 같이, 이 (111)면 상에, P도핑 에피택셜 다이아몬드(503)를 마이크로파 플라즈마 CVD법에 의해 3 ㎛ 두께로 성막하였다. 이 성막한 면에 포토리소그래프법을 사용하여, 도 5의 c)에 도시한 바와 같은 Al의 패턴(504)을 형성하였다. Al의 두께는 약 3 ㎛∼10 ㎛였다. 이 Al을 마스크로 하고, CF4 첨가의 산소 가스를 사용하여 다이아몬드의 반응성 이온 에칭(이하, RIE라고 기재함)을 행하였다. 그 결과, 약 60㎛∼150 ㎛ 정도의 깊이로 에칭되어, 도 5의 d)에 도시하는 바와 같은 형상이 얻어졌다.
그 후, 메탈 마스크에 의해 선단으로부터 수 밀리 길이를 덮고, CF4 가스 첨가의 산소 분위기에서 RIE법에 의해 P도핑 에피택셜층을 형성하지 않은 면으로부터 에칭하였다. 그때, 적절하게 레이저 가공에 의한 면 가공에 의한 에칭도 병용하였다.
그 결과, 도 5의 e)에 도시하는 바와 같이, 선단 영역이 형성되었다. 이때, 선단은, 도 5의 d)에 이르는 단계에서, 금속을 마스크로 해서 다이아몬드를 RIE 처리할 때에, 금속 마스크의 첨예도(곡률 반경)를 서브 ㎛∼수 ㎛ 정도로 높여 두면, 다이아몬드의 선단은 동일한 정도의 첨예도로 유지할 수 있다. 또한, 이면으로부터의 RIE에 의해 첨예도는 약간 나빠지지만, 서브 ㎛ 정도의 곡률 반경을 유지할 수 있다. 실제로 도 5의 e)에서의 선단의 곡률 반경을 측정하면, 표 2에 나타내는 바와 같이, 대략 1 ㎛ 이하로 되어 있다.
이렇게 해서 얻어진 전자 방사 음극 M∼Q의, 파지를 목적으로 하는 후단 영역(401)의 단면적, 길이 방향의 길이를 표 2에 나타낸다.
이렇게 해서 얻어진 전자 방사 음극 M∼Q를, 도 3에 도시한 바와 같은 전자총(301)에 삽입하였다. 즉, 인코넬제의 금속 부재(340)로 상기 다이아몬드 전자 방사 음극 A(110)을 끼우고, 코바르제의 단자(320)로부터 전류를 공급한다. 상기 단자는 절연성 세라믹(330)에 의해 유지되어 있다. Mo제의 서프레서(선단 구경 0.6 ㎜φ)(310)를 부착한 후, 전자 현미경(가부시키가이샤 엘리오닉스 제조, 모델 번호 ERA-8900FE)에 부착하였다. 이때, 선단 영역(402)이, 서프레서(310)의 구멍을 관통하고 있도록 하였다. 주사형 전자 현미경(이하, SEM이라고 기재함)의 전자총부에 부착할 때에, 칩 선단과 인출 전극의 거리를 0.3 ㎜ 정도로까지 접근시킨다.
코바르제의 단자(320)를 통해 전자 방사 음극 M∼Q에 전류를 공급하고, 칩을 가열하였다. 인출 전압을 5 ㎸, 가속 전압을 30 ㎸로 하여 이미션 전류를 평가하였다. 에너지 분산 평가를 표 2에 함께 나타낸다. SEM 관찰용으로서 우수한 성능을 발휘하였다. 또한, 전자빔 노광 장치(니혼 덴시 가부시키가이샤, 모델 번호 JSM-7000F)에 부착한 결과, 선 폭 100 ㎚ 이하의 묘화를 실현할 수 있었다.
(비교예 2)
실시예 2와 동일한 방법으로, 표 2에 기재된 전자 방사 음극 R, S를 제작하였다.
R은 후단 영역의 길이가 4 ㎜로 길게 되어 있다. 이렇게 하면, 소재의 사이즈가 5 ㎜ 길이 이상으로 길어져서, 비용이 비싸진다.
S는 선단 영역, 후단 영역의 공통 주면의 면 방위가 (100)이었다. 이렇게 하면, 주면에 형성하는 n형 다이아몬드층의 저항을 낮출 수 없기 때문에, S를 사용해서 제작한 전자총을 전자 현미경에 삽입하여 실시예 2와 동일하게 측정한 결과, 이미션 전류가 최대여도 10 ㎂ 이하가 되어, 전자 현미경, 전자빔 노광기용으로서는 불충분하였다.
Figure 112008042529330-PCT00002
본 발명은, 기둥 형상의 다이아몬드 전자 방사 음극의 후단을 안정적으로 파지 가능한 후단 영역으로 하고, 또한 선단 영역에서의 선단부를 첨예화함으로써, 다이아몬드에 의해 제작된 전자 방사 음극의 제공을 가능하게 하였다. 또한, 다이아몬드를 전자 방사 음극으로서 채용함으로써, 종래 이용되고 있는 전자 방사 음극재료에 비해서, 보다 낮은 전계, 낮은 온도에서 전자를 진공 중에서 추출하는 것이 가능해진다는 효과를 이룬다.
또한 단결정 다이아몬드를 채용함으로써, 보다 안정된 전자 방출 특성을 실현할 수 있다. 또한, 후단 영역과 선단 영역에 공통 주면을 배치하고, 그 주면에 도전층을 형성함으로써, 전자 방출 전류의 향상을 얻을 수 있다.

Claims (20)

  1. 적어도 일부에 단결정 다이아몬드를 갖는 기둥 형상의 다이아몬드 전자 방사 음극으로서, 상기 기둥 형상의 다이아몬드 전자 방사 음극이, 적어도 전자 방사를 목적으로 하는 선단 영역과, 파지를 목적으로 하는 후단 영역과, 상기 선단 영역과 후단 영역 사이에 위치하며 좁은 직경으로 가공된 중간 영역으로 이루어지고, 상기 선단 영역의 선단부가 첨예화 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 후단 영역의 단면적이 0.1 ㎟ 이상이고, 상기 중간 영역의 단면적이 0.1 ㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 후단 영역의 길이 방향의 길이가 0.5 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하이고, 상기 중간 영역의 길이 방향의 길이가 0.5 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후단 영역과 상기 선단 영역과 상기 중간 영역이 공통 주면을 가지며, 상기 공통 주면 상의 적어도 일부에 도전층이 형성되고, 상기 도전층에 의해, 상기 후단 영역과 상기 선단 영역 사이의 전기적 도통이 확보되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공통 주면의 면 방위가, (111)면 또는 (111)면으로부터의 어긋남이 8도 이내인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  6. 제4항에 있어서, 상기 도전층이, n형 반도성을 나타내는 다이아몬드에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후단 영역의 단면 형상이 대략 직사각형 또는 대략 정사각형인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 좁은 직경으로 가공된 중간 영역에서의 두께가 0.02 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  9. 적어도 일부에 단결정 다이아몬드를 갖는 기둥 형상의 다이아몬드 전자 방사 음극으로서, 상기 기둥 형상의 다이아몬드 전자 방사 음극이, 적어도 전자 방사를 목적으로 하는 선단 영역과, 파지를 목적으로 하는 후단 영역으로 이루어지고, 상기 선단 영역의 선단부가 첨예화 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  10. 제9항에 있어서, 상기 후단 영역의 단면적이 0.1 ㎟ 이상이고, 상기 후단 영역의 길이 방향의 길이가 0.5 m 이상 2.0 m 이하이며, 상기 선단 영역의 길이가 1.0 ㎜ 이상 3.0 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 후단 영역과 상기 선단 영역이 공통 주면을 가지며, 상기 공통 주면 상의 적어도 일부에 도전층이 형성되고, 상기 도전층에 의해, 상기 후단 영역과 상기 선단 영역 사이의 전기적 도통이 확보되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  12. 제11항에 있어서, 상기 공통 주면의 면 방위가, (111)면 또는 (111)면으로부터의 어긋남이 8도 이내인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  13. 제11항에 있어서, 상기 도전층이, n형 반도성을 나타내는 다이아몬드에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후단 영역의 단면 형상이 대략 직사각형 또는 대략 정사각형인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자 방사 음극.
  15. 적어도, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극과, 절연성 세라믹과, 상기 전자 방사 음극에 전류를 공급하기 위한 한 쌍 이상의 단자로 이루어지는 구조체를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자원.
  16. 제15항에 기재된 다이아몬드 전자원으로서, 다이아몬드 전자 방사 음극의 선단 영역 이외로부터의 전자 방사를 억제하기 위한 도전성 부재를 가지며, 상기 도전성 부재에 형성된 관통 구멍에 상기 다이아몬드 전자 방사 음극의 중간 영역이 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자원.
  17. 적어도, 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 다이아몬드 전자 방사 음극과, 절연성 세라믹과, 상기 전자 방사 음극에 전류를 공급하기 위한 한 쌍 이상의 단자로 이루어지는 구조체를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자원.
  18. 제17항에 기재된 다이아몬드 전자원으로서, 다이아몬드 전자 방사 음극의 선단 영역 이외로부터의 전자 방사를 억제하기 위한 도전성 부재를 가지며, 상기 도전성 부재에 형성된 관통 구멍에 상기 다이아몬드 전자 방사 음극의 선단 영역이 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전자원.
  19. 제15항 내지 제18항에 기재된 다이아몬드 전자원을 탑재하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 현미경.
  20. 제15항 내지 제18항에 기재된 다이아몬드 전자원을 탑재하고 있는 것을 특징으로 하는 전자빔 노광기.
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