KR20230004451A - 전자원 및 그 제조 방법, 및 이미터 및 이를 구비한 장치 - Google Patents

전자원 및 그 제조 방법, 및 이미터 및 이를 구비한 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시에 따른 전자원은, 전자 방출 특성을 갖는 제 1 재료로 구성되어 있는 기둥형상부와, 기둥형상부를 둘러싸도록 배치되어 있고, 제 1 재료보다 일 함수가 큰 제 2 재료로 구성되어 있는 통형상부를 구비하며, 통형상부는 한쪽의 단부면으로부터 다른쪽의 단부면의 방향으로 연장되어 있고 또한 대략 원형의 단면 형상을 갖는 구멍이 형성되어 있고, 기둥형상부는 대략 삼각형 또는 대략 사각형의 단면 형상을 갖고, 구멍의 내면에 당접한 상태로 통형상부에 고정되어 있다.

Description

전자원 및 그 제조 방법, 및 이미터 및 이를 구비한 장치
본 개시는 전자원 및 그 제조 방법, 및 이미터 및 이를 구비한 장치에 관한 것이다.
전자원을 구비하는 이미터는, 예를 들면 전자 현미경 및 반도체 검사 장치에 사용되고 있다. 특허문헌 1에 개시된 이미터는 전자 방사 특성을 갖는 제 1 부재와, 이것을 피복하는 제 2 부재를 구비하며, 제 1 부재와 제 2 부재와의 사이에 소정의 사이즈의 홈이 설치되어 있다. 특허문헌 2에 개시된 전자총은 전자총 음극과, 이것을 보지하는 보지구를 포함하며, 전자총 음극은 그 선단에 사각형의 평탄면을 갖고, 선단부가 노출해 보지구로부터 돌출되어 있다(특허문헌 2의 도 6 참조).
일본 특허 공개 제 2012-69364 호 공보 일본 특허 제 5525104 호 공보
전자원은 지극히 미세하다. 특허문헌 2의 단락 [0055]에는, 전자총 음극의 크기가 50㎛×50㎛×100㎛인 것이 기재되어 있다. 이러한 미세한 부품으로 이뤄지는 전자원(전자총)을 제조하려면 숙련의 기술이 요구된다.
본 개시는 미세한 전자원을 효율적으로 제조하는데 유용한 전자원의 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 개시는 전자를 방출하는 부재가 이것을 보지하는 부재로부터 빠지는 것을 충분히 억제할 수 있는 전자원 및 이를 구비한 이미터를 제공한다. 또한, 본 개시는 상기 이미터를 구비하는 장치를 제공한다.
본 개시의 일 측면에 따른 전자원의 제조 방법은, (A) 전자 방출 특성을 갖는 제 1 재료로 구성되어 있는 기둥형상부를 각각 구비하는 복수의 제 1 부재를 준비하는 공정과, (B) 제 1 재료보다 큰 일 함수를 각각 갖는 동시에, 한쪽의 단부면으로부터 다른쪽의 단부면의 방향으로 연장되어 있는 구멍이 각각 형성되어 있는 복수의 제 2 부재를 준비하는 공정과, (C) 복수의 제 1 부재로부터 하나의 제 1 부재를 선택하는 동시에, 복수의 제 2 부재로부터 하나의 제 2 부재를 선택하는 공정과, (D) 선택된 제 2 부재의 구멍에 대해, 선택된 제 1 부재의 상기 기둥형상부를 밀어넣는 공정을 포함하며, 복수의 제 1 부재의 기둥형상부는 대략 사각형의 단면 형상을 각각 갖고, 복수의 제 2 부재의 구멍은 대략 원형의 단면 형상을 각각 갖고, (C) 공정에 있어서, 복수의 제 1 부재 및 복수의 제 2 부재로부터, 이하의 조건을 만족하는 1조의 제 1 부재 및 제 2 부재를 선택하고, (D) 공정에 있어서, 당해 제 2 부재의 구멍에 대해서 당해 기둥형상부를 밀어넣는 것에 의해, 당해 기둥형상부의 측면의 일부가 당해 제 2 부재의 구멍의 내면에 당접한 상태가 되어 당해 기둥형상부가 당해 제 2 부재에 대해서 고정된다.
<조건>
L1/R1>1 … (1)
부등식 (1)에 있어서, L1은 대략 사각형의 2개의 대각선 중 긴 쪽의 대각선의 길이를 나타내고, R1은 구멍의 직경을 나타낸다.
상기 제조 방법에 의하면, (C) 공정에 있어서, 복수의 부재 중, 사이즈가 맞는 제 1 부재 및 제 2 부재를 선택하고, 이들을 사용해 (D) 공정을 실시하는 것에 의해, 상기와 같이, 기둥형상부의 측면의 일부가 제 2 부재의 구멍의 내면에 당접한 상태가 되어, 기둥형상부를 제 2 부재에 대해서 고정할 수 있다. 이 때문에, 전자원의 제조에 있어서, 부재의 로스를 충분히 저감할 수 있다. 즉, 기둥형상부 및 구멍의 사이즈가 맞지 않는 것에 기인하는 제조상의 불편을 충분히 저감할 수 있다. 이러한 불편으로서, 예를 들면 제 1 부재의 기둥형상부가 제 2 부재의 구멍에 들어가지 않는 것, 기둥형상부가 구멍의 내면에 당접하지 않기 때문에 구멍으로부터 탈락하는 것 등을 들 수 있다.
제 1 부재의 기둥형상부의 단면 형상은 대략 사각형으로 한정되지 않고, 대략 삼각형이어도 좋다. 이 경우, 상기 (C) 공정에 있어서, 복수의 제 1 부재 및 복수의 제 2 부재로부터, 이하의 조건을 만족하는 1조의 제 1 부재 및 제 2 부재를 선택하면 좋다.
<조건>
대략 삼각형의 외접원의 직경(R2)이 구멍의 직경(R1)보다 크고 또한 구멍의 직경(R1)과 동일 직경의 원의 중에 대략 삼각형을 배치했을 때, 대략 삼각형의 적어도 2개의 코너가 당해 원에 접한다.
본 개시의 일 측면에 따른 전자원은, 전자 방출 특성을 갖는 제 1 재료로 구성되어 있는 기둥형상부와, 기둥형상부를 둘러싸도록 배치되어 있고, 제 1 재료보다 일 함수가 큰 제 2 재료로 구성되어 있는 통형상부를 구비하며, 통형상부는 한쪽의 단부면으로부터 다른쪽의 단부면의 방향으로 연장되어 있고 또한 대략 원형의 단면 형상을 갖는 구멍이 형성되어 있고, 기둥형상부는 대략 삼각형 또는 대략 사각형의 단면 형상을 갖고, 구멍의 내면에 당접한 상태로 통형상부에 고정되어 있다.
상기 전자원에 의하면, 전자를 방출하는 부재(기둥형상부)가 이것을 보지하는 부재(통형상부)로부터 빠지는 것을 충분히 억제할 수 있다. 당해 전자원의 선단부에 있어서, 기둥형상부의 전자 방출면과 통형상부의 단부면에 의해 평탄면이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 평탄면이 형성되어 있는 것에 의해, 측방에 전자가 방출되는 것을 충분히 억제할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 이미터는 상기 전자원을 구비한다. 본 개시의 일 측면에 따른 장치는 상기 이미터를 구비한다. 이미터를 구비하는 장치로서, 예를 들면 전자 현미경 및 반도체 제조 장치 및 검사 장치를 들 수 있다.
본 개시에 의하면, 미세한 전자원을 효율적으로 제조하는데 유용한 전자원의 제조 방법이 제공된다. 또한, 본 개시에 의하면, 전자를 방출하는 부재가 이것을 보지하는 부재로부터 빠지는 것을 충분히 억제할 수 있는 전자원 및 이를 구비한 이미터가 제공된다. 또한, 본 개시에 의하면, 상기 이미터를 구비하는 장치가 제공된다.
도 1은 본 개시에 따른 전자원의 일 실시형태를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 전자원의 선단의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3의 (a)는 기둥형상부를 구비하는 제 1 부재를 모식적으로 도시하는 단면도이며, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 도시하는 제 1 부재의 선단부를 도시하는 평면도이며, 도 3의 (c)는 구멍이 형성되어 있는 제 2 부재를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 도 1에 도시하는 전자원을 제조하는 과정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 제 1 부재의 기둥형상부(단면 형상: 대략 정방형)와 제 2 부재의 구멍의 대소 관계를 도시하는 평면도이다.
도 6은 본 개시에 따른 이미터의 일 실시형태를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 제 1 부재의 기둥형상부(단면 형상: 대략 삼각형)와 제 2 부재의 구멍의 대소 관계를 도시하는 평면도이다.
도 8의 (a)는 본 개시에 따른 전자원의 다른 실시형태를 모식적으로 도시하는 단면도이며, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 b-b 선에 있어서의 확대 단면도이며, 도 8의 (c)는 도 8의 (a)의 c-c 선에 있어서의 확대 단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 개시의 실시형태에 있어서 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 동일 요소 또는 동일 기능을 갖는 요소에는 동일 도면부호를 이용하는 것으로 하고, 중복하는 설명은 생략한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
<전자원>
도 1은 본 실시형태에 따른 전자원을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시하는 전자원(10)의 선단의 구성을 도시하는 평면도이다. 전자원(10)은 기둥형상부(1)와, 기둥형상부(1)를 둘러싸도록 배치된 전자 방출 제한 부재(2)를 구비한다. 기둥형상부(1)는 전자 방출 특성을 갖는 제 1 재료(전자 방출 재료)로 구성되어 있다. 기둥형상부(1)의 단부면(1a)이 전자 방출면이며, 그 법선이 전자의 방출 방향이다. 한편, 전자 방출 제한 부재(2)는, 제 1 재료보다 일 함수가 크고 또한 낮은 강도를 갖는 제 2 재료(전자 방출 제한 재료)로 구성되어 있다. 전자 방출 제한 부재(2)는 구멍(3)이 형성되어 있는 통형상부(2a)와, 구멍(3)이 형성되어 있지 않은 기단부(2b)를 갖는다. 기단부(2b)는 구멍(3)의 바닥(3a)을 이루고 있다. 구멍(3)은 전자 방출 제한 부재(2)의 단부면(2c)으로부터 다른쪽의 단부면(2d)의 방향으로 연장되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 구멍(3)의 개구 면적은 단부면(2c)으로부터 단부면(2d)을 향해 일정하다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 기둥형상부(1)는 전자 방출 제한 부재(2)의 구멍(3)의 단면 형상과 비유사의 단면 형상을 갖고, 구멍(3)의 내면에 당접한 상태로 전자 방출 제한 부재(2)에 고정되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 기둥형상부(1)의 긴 방향에 직교하는 단면에 있어서, 기둥형상부(1)의 형상은 대략 정방형이며, 구멍(3)의 형상은 대략 원형이다. 본 실시형태는, 기둥형상부(1)의 강도가 통형상부(2a)의 강도보다 높은 경우를 상정한 것이며, 기둥형상부(1)의 측면의 일부가 통형상부(2a)에 박힌 상태로 고정되어 있다. 전자원(10)에 의하면, 기둥형상부(1)가 전자 방출 제한 부재(2)로부터 빠지는 것을 충분히 억제할 수 있다. 또한, 기둥형상부(1)의 강도가 통형상부(2a)의 강도보다 낮은 경우, 제 1 부재(11)의 코너부가 깎여져 둥굴게 되고, 이 코너부가 구멍(13)의 내면에 당접해 기둥형상부(1)가 전자 방출 제한 부재(2)에 고정된다.
전자원(10)의 선단부면에 있어서, 기둥형상부(1)의 단부면(1a)(전자 방출면)과 전자 방출 제한 부재(2)의 단부면(2c)에 의해 평탄면이 형성되어 있다. 또한, 기둥형상부(1)의 측면의 전체가 통형상부(2a)로 덮여 있다. 이와 같이, 기둥형상부(1)가 통형상부(2a)로부터 돌출되지 않은 것에 의해, 불필요한 전자의 방출, 즉, 측방으로의 전자의 방출을 충분히 억제할 수 있다. 예를 들면, 보다 대전류의 전자를 얻기 위해서는 전자원(10)의 선단부를 1550℃ 정도의 고온으로 가열하고 또한 전자원(10)에 수 ㎸의 고 전계를 인가한다. 이러한 고 전계를 인가하면 전자원의 선단 부분 이외로부터도 잉여인 전자가 발생할 수 있다. 이 잉여 전자는 공간 전하 효과에 의해, 선단 부분으로부터의 전자 비임의 휘도를 저하시키거나, 주변의 전극 부품의 불필요한 가열을 일으키거나 할 가능성이 있다. 이것을 막기 위해서 전자원(10)의 전자 방출부(기둥형상부(1)의 단부면(1a))만을 노출시키고, 그 이외의 면을 통형상부(2a)로 덮는 것에 의해, 선단 부분으로부터의 고휘도인 전자 비임만을 얻을 수 있다. 또한, 여기서 말하는 "평탄면"은 단부면(1a)과 단부면(2c)의 단차가 2㎛ 미만인 것을 의미한다. 이 단차가 2㎛ 미만인 한, 기둥형상부(1)가 통형상부(2a)로부터 돌출되어 있어도 좋고, 단부면(1a)이 단부면(2c)에 대해서 오목해도 좋다. 이 단차는 1.5㎛ 미만 또는 1.0㎛ 미만이어도 좋다.
기둥형상부(1)의 측면의 전체를 통형상부(2a)로 덮는 것에 의해, 미소 방전이라고 칭해지는 현상이 일어나는 것을 억제할 수 있다고 하는 효과도 발휘된다. 즉, 열전자 방출에서는 전자원을 고온으로 가열하는 것으로 전자가 방출된다. 그에 따라 전자 방출 재료가 증발하면 주변의 전극 부품에 부착하고, 위스커로 불리는 섬유상의 결정이 된다. 이 위스커에 전하가 축적되면 미소 방전을 일으킨다. 미소 방전은 전자 비임을 불안정하게 하여, 장치 성능을 저하시키는 요인이 된다. 기둥형상부(1)의 측면의 전체를 통형상부(2a)로 덮는 것에 의해, 승화한 전자 방출 재료가 통형상부(2a)에 트랩되고, 주변 전극 부품에의 부착량을 줄여, 미소 방전을 일으키기 어렵게 할 수 있다. 또한, 통형상부(2a)는 둘레 방향의 일부에 틈을 갖는 것은 아니고, 기둥형상부(1)의 측면의 전체를 덮고 있다. 통형상부(2a)가 틈을 갖지 않기 때문에, 측방으로의 전자의 방출을 충분히 억제할 수 있다.
(전자 방출 재료)
기둥형상부(1)는 전자 방출 재료(제 1 재료)로 구성되어 있다. 전자 방출 재료는 가열에 의해 전자를 방출하는 재료이다. 전자 방출 재료는 일 함수가 전자 방출 제한 재료보다 작고 또한 강도가 전자 방출 제한 재료보다 높다. 전자 방출 재료의 예로서, 붕화란탄(LaB6), 붕화세륨(CeB6) 등의 희토류 붕화물; 텅스텐, 탄탈, 하프늄 등의 고융점 금속 및 그 산화물, 탄화물 및 질화물; 이리듐 세륨 등의 귀금속-희토류계 합금을 들 수 있다. 이러한 재료의 일 함수는 이하와 같다.
· 붕화란탄(LaB6): 2.8eV
· 붕화세륨(CeB6): 2.8eV
· 탄화 탄탈: 3.2eV
· 탄화 하프늄: 3.3eV
전자 방출 특성, 강도 및 가공성의 관점으로부터, 기둥형상부(1)를 구성하는 전자 방출 재료는 희토류 붕화물인 것이 바람직하다. 기둥형상부(1)가 희토류 붕화물로 이뤄지는 경우, 기둥형상부(1)는 일 함수가 낮고 전자를 방출하기 쉬운 <100> 방위가 전자 방출 방향에 일치하도록 가공된 단결정체인 것이 바람직하다. 기둥형상부(1)는 방전 가공 등에 의해 소망한 형상으로 할 수 있다. 기둥형상부(1)의 측면은, 증발 속도가 늦어진다고 생각되는 것으로부터, (100) 면의 결정면인 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서, 기둥형상부(1)의 형상은 사각기둥형상이다(도 1, 도 2 참조). 기둥형상부(1)의 길이는, 바람직하게 0.1 내지 1㎜이며, 보다 바람직하게 0.2 내지 0.6㎜이며, 더욱 바람직하게 0.3㎜ 정도이다. 길이가 0.1㎜ 이상이면 핸들링이 양호해지는 경향이 있고, 1㎜ 이하이면 크랙 등이 들어가기 어려워지는 경향이 있다. 기둥형상부(1)의 단면 형상은 대략 정방형이다. 그 변의 길이는, 바람직하게 20 내지 300㎛이며, 보다 바람직하게 50 내지 150㎛이며, 더욱 바람직하게 100㎛ 정도이다.
(전자 방출 제한 재료)
전자 방출 제한 부재(2)는 전자 방출 제한 재료로 구성되어 있다. 전자 방출 제한 재료는 일 함수가 전자 방출 재료보다 크다. 전자 방출 제한 부재(2)로 기둥형상부(1)의 측면을 덮는 것에 의해 기둥형상부(1)의 측면으로부터의 전자의 방출이 억제된다.
전자 방출 제한 부재(2)의 일 함수(W2)와 기둥형상부(1)의 일 함수(W1)의 차이(△W=W2-W1)는, 바람직하게 0.5eV 이상이며, 보다 바람직하게 1.0eV 이상이며, 더욱 바람직하게 1.6eV 이상이다.
전자 방출 제한 재료는 고융점 금속 또는 그 탄화물을 포함하는 것이 바람직하고, 금속 탄탈, 금속 티탄, 금속 지르코늄, 금속 텅스텐, 금속 몰리브덴, 금속 레늄, 탄화 탄탈, 탄화 티탄 및 탄화 지르코늄으로부터 적어도 1개 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 전자 방출 제한 재료는 탄화 붕소와 흑연(탄소 재료) 중 적어도 1개 이상을 포함해도 좋다. 또한, 전자 방출 제한 재료는 니오브, 하프늄, 바나듐 중 적어도 1개 이상을 포함해도 좋다. 전자 방출 제한 재료로서, 유리상 카본(예를 들면, 글래시-카본(상품명, 주식회사 레이호 제작소 제조))을 사용해도 좋다. 이러한 재료의 일 함수는 이하와 같다.
· 금속 레늄: 4.9eV
· 탄화 붕소: 5.2eV
· 흑연: 5.0eV
본 실시형태에서는, 전자 방출 제한 재료의 강도는, 상술과 같이, 전자 방출 재료의 강도보다 낮다. 양 재료의 강도는, 예를 들면 비커스 경도로 평가할 수 있다. 적당한 강도를 갖는 것 또한 가공성의 관점으로부터, 전자 방출 제한 부재(2)를 구성하는 재료는 비커스 경도가 100HV에서 1900HV 정도인 것이 바람직하다. 예를 들면, 유리상 카본(비커스 경도: 230HV 정도)은 적당한 강도를 갖는 점에서 전자 방출 제한 재료에 적합하다. 전자 방출 제한 부재(2)의 선단부(2e)(통형상부(2a)의 일부)는 테이퍼형상으로 가공되고, 나머지의 부분(통형상부(2a)의 나머지의 부분 및 기단부(2b))은 사각기둥형상으로 가공되어 있다. 전자 방출 제한 부재(2)의 선단부(2e)를 테이퍼형상으로 가공하는 것에 의해, 전계 집중시키기 쉽고 전자 방출 효율을 높일 수 있다고 하는 효과가 발휘된다. 또한, 전자 방출 제한 부재(2)의 주위에 지지 부재(도시하지 않음)를 설치해도 좋다.
전자 방출 재료와 전자 방출 제한 재료는, 예를 들면 양자의 일 함수 및 강도의 점으로부터 적당 선택하고, 조합해 사용하면 좋다. 전자 방출 재료의 매우 적합한 예로서, 붕화란탄(LaB6), 붕화세륨(CeB6), 탄화 하프늄 및 이리듐 세륨을 들 수 있다. 전자 방출 제한 재료의 매우 적합한 예로서, 금속 레늄, 탄화 붕소 및 흑연(유리상 카본 포함함)을 들 수 있다. 또한, 전자 방출 재료로서 사용 가능한 재료의 일부는 전자 방출 제한 재료로서도 사용할 수 있다. 예를 들면, 일 함수가 3.2 내지 4.5eV 정도의 재료는 전자 방출 재료 및 전자 방출 제한 재료의 양쪽 모두에 사용할 수 있다. 이러한 재료로서, 금속 텅스텐(일 함수: 4.5eV), 금속 탄탈(일 함수: 3.2eV), 탄화 하프늄(일 함수: 3.3eV)을 들 수 있다.
<전자원의 제조 방법>
다음에, 전자원(10)의 제조 방법에 대해 설명한다. 전자원(10)은 이하의 공정을 거쳐 제조된다.
(A) 기둥형상의 제 1 부재(11)를 복수 준비하는 공정.
(B) 제 1 부재(11)보다 큰 일 함수를 각각 갖는 동시에, 한쪽의 단부면(12a)으로부터 다른쪽의 단부면(12b)의 방향으로 연장되어 있는 구멍(13)이 각각 형성되어 있는 복수의 제 2 부재(12)를 준비하는 공정.
(C) 복수의 제 1 부재(11)로부터 하나의 제 1 부재(11)를 선택하는 동시에, 복수의 제 2 부재(12)로부터 하나의 제 2 부재(12)를 선택하는 공정.
(D) 선택된 제 2 부재(12)의 구멍(13)에 대해, 선택된 제 1 부재(11)를 밀어넣는 공정.
상기 (C) 공정에 있어서, 복수의 제 1 부재(11) 및 복수의 제 2 부재(12)로부터, 이하의 조건을 만족하는 1조의 제 1 부재(11) 및 제 2 부재(12)를 선택한다. 상기 (D) 공정에 있어서, 선택한 제 2 부재(12)의 구멍(13)에 대해, 선택한 제 1 부재(11)를 밀어넣는 것에 의해, 제 1 부재(11)의 측면의 일부가 제 2 부재(12)의 구멍(13)의 내면에 당접한 상태가 되어 제 1 부재(11)가 제 2 부재(12)에 대해서 고정된다.
<조건>
L1/R1>1 … (1)
제 1 부재(11)의 강도가 제 2 부재(12)의 강도보다 높은 경우, 제 2 부재(12)의 구멍(13)에 대해서 제 1 부재(11)를 밀어넣는 것에 의해, 제 1 부재(11)의 측면의 일부가 구멍(13)의 내면을 깎고 또한 제 2 부재(12)에 박힌 상태가 되어 제 1 부재(11)가 제 2 부재(12)에 대해서 고정된다(도 5 참조). 한편, 제 1 부재(11)의 강도가 제 2 부재(12)의 강도보다 낮은 경우, 제 2 부재(12)의 구멍(13)에 대해서 제 1 부재(11)를 밀어넣는 것에 의해, 제 1 부재(11)의 코너부가 깎여져 둥굴게 되고, 이 코너부가 구멍(13)의 내면에 당접해 제 1 부재(11)가 제 2 부재(12)에 대해서 고정된다. 또한, 제 1 부재(11) 및 제 2 부재(12)의 강도는, 예를 들면 비커스 강도로 평가할 수 있다.
도 3의 (a) 및 (b)에 도시하는 제 1 부재(11)는 전자 방출 재료로 이뤄진다. 제 1 부재(11)는 전자 방출 재료의 블록으로부터 방전 가공 등에 의해 얻을 수 있다. 제 1 부재(11)는 전자원(10)의 기둥형상부(1)로 되는 부분이다.
도 3의 (c)에 도시하는 제 2 부재(12)는 전자 방출 제한 재료로 이뤄진다. 제 2 부재(12)는 전자 방출 제한 재료의 블록으로부터 방전 가공 등에 의해 얻을 수 있다. 제 2 부재(12)의 구멍(13)은 전자원(10)의 구멍(3)으로 되는 부분이다. 구멍(13)의 개구 면적은 단부면(12a)으로부터 단부면(12b)을 향해 일정하다.
도 4의 (a)는, 제 2 부재(12)의 구멍(13)에 대해서 제 1 부재(11)가 밀어넣어진 상태를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 5는 제 1 부재(11)의 제 1 부재(11)와 제 2 부재(12)의 구멍(13)의 대소 관계를 도시하는 평면도이다. 제 1 부재(11)의 측면의 일부(4개의 코너부(11c))가 제 2 부재(12)에 박혀 있다. 또한, 도 4의 (a)에는 제 1 부재(11)가 구멍(13)의 안쪽에까지 도달하고 있는 상태를 도시했지만, 제 1 부재(11)는 구멍(13)의 안쪽에까지 도달하지 않아도 좋다.
(C) 공정에 있어서, 이하의 조건을 만족하는 제 1 부재(11) 및 구멍(13)을 가지는 제 2 부재(12)를 선택한다.
<조건>
L1/R1>1 … (1)
부등식(1)에 있어서, L1은 제 1 부재(11)의 단면(대략 정방형)의 대각선의 길이를 나타내고, R1은 구멍(13)의 직경을 나타낸다.
L1/R1의 값은 부등식(1a)을 만족하는 것이 보다 바람직하고, 부등식(1b)을 만족하는 것이 더욱 바람직하고, 부등식(1c)을 만족하는 것이 특히 바람직하다.
1<L1/R1<1.2 … (1a)
1<L1/R1<1.1 … (1b)
1<L1/R1<1.05 … (1c)
도 4의 (b)에 도시한 구조체(15A)는, 도 4의 (a)에 있어서 파선의 사각으로 둘러싼 부분을 자르는 것에 의해 얻을 수 있던 것이다. 구조체(15A)에 있어서는, 단부면(12a)으로부터 제 1 부재(11)가 돌출되어 있다. 제 1 부재(11)의 돌출부(11a)를 예를 들면 연마지로 깎는 것에 의해 단부면(1a)(전자 방출면)을 형성하는 동시에, 제 2 부재(12)의 외측을 사각기둥형상으로 가공한다. 이것에 의해, 도 4의 (c)에 도시한 사각기둥체(15B)를 얻을 수 있다. 사각기둥체(15B)의 한쪽의 단부를 테이퍼형상으로 가공하는 것으로, 도 1에 도시한 전자원(10)을 얻을 수 있다. 또한, 가공의 순서는 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면 도 4의 (a)에 도시한 상태로부터, 우선, 돌출부(11a)를 깎아 평탄면을 형성하고, 그 후, 도 4의 (a)의 파선의 사각으로 둘러싼 부분을 잘라도 좋다. 또한, 가공 후의 제 2 부재(12)의 형상은 사각기둥형상으로 한정되지 않고, 예를 들면 대략 원주형상의 전자원에 있어서, 히터로 협지하는 부분만이 평탄하게 가공되어 있는 형상이어도 좋다(도 6 참조).
상기 제조 방법에 의하면, (C) 공정에 있어서, 복수의 부재 중, 사이즈가 맞는 제 1 부재(11) 및 제 2 부재(12)를 선택하고, 이들을 사용해 (D) 공정을 실시하는 것에 의해, 이러한 부재의 로스를 충분히 저감할 수 있다. 즉, 제 1 부재(11) 및 구멍(13)의 사이즈가 맞지 않는 것에 기인하는 제조상의 불편을 충분히 저감할 수 있다. 이러한 불편으로서, 예를 들면 제 1 부재(11)가 구멍(13)에 들어가지 않는 것, 제 1 부재(11)가 구멍(13)의 내면에 당접하지 않기 때문에 구멍(13)으로부터 탈락하는 것 등을 들 수 있다.
상기 제조 방법에 의하면, 제 1 부재(11)의 돌출부(11a)를 깎는 공정을 거치는 것에 의해, 전자원(10)의 선단부에 있어서, 기둥형상부(1)의 단부면(1a)(전자 방출면)과 통형상부(2a)의 단부면(2c)에 의해 평탄면이 형성된다. 통형상부(2a)로부터 기둥형상부(1)가 돌출되지 않는 것에 의해, 상술과 같이, 불필요한 전자의 방출, 즉, 측방으로의 전자의 방출을 충분히 억제할 수 있는 동시에, 위스커의 생성에 기인하는 미소 방전도 억제할 수 있다.
<이미터>
도 6은 이미터의 일 예를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 6에 도시하는 이미터(20)는 전자원(10)과, 전자원(10)의 주위에 배치된 카본 히터(16)와, 전극 핀(17a, 17b)과, 애자(18)와, 서프레서(19)를 구비한다. 카본 히터(16)는 전자원(10)을 가열하기 위한 것이다. 전극 핀(17a, 17b)은 카본 히터(16)에 통전하기 위한 것이다. 서프레서(19)는 잉여 전류를 억제하기 위한 것이다. 또한, 카본 히터(16)의 다른 수단에 의해 전자원(10)이 가열되는 구성이어도 좋다.
이미터(20)를 구비하는 장치로서, 전자 현미경, 반도체 제조 장치, 검사 장치 및 가공 장치를 들 수 있다.
이상, 본 개시의 실시형태에 있어서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시형태에 있어서는, 단면 형상이 대략 정방형의 기둥형상부(1)를 예시했지만(도 1, 도 2 참조), 기둥형상부(1)의 단면 형상은 대략 정방형 이외의 대략 사각형이어도 좋고, 예를 들면 대략 장방형, 대략 마름모형, 대략 평행사변형이어도 좋다.
제 1 부재(11)의 단면 형상이 대략 정방형 이외의 대략 사각형인 경우, 상기의 L1/R1은 이하의 값을 나타낸다.
L1: 대략 사각형의 2개의 대각선 중 긴 쪽의 대각선의 길이
R1: 구멍(13)의 직경
기둥형상부(1)의 단면 형상이 대략 삼각형의 전자원을 제조하는 경우, (C) 공정에 있어서, 이하의 조건을 만족하는 제 1 부재(11) 및 구멍(13)(제 2 부재(12))을 선택한다.
<조건>
대략 삼각형의 외접원의 직경(R2)이 구멍의 직경(R1)보다 크고 또한 구멍(13)의 직경(R1)과 동일 직경의 원의 중에 대략 삼각형을 배치했을 때, 대략 삼각형의 적어도 2개의 코너가 당해 원에 접한다. 도 7에 있어서, 실선의 원(R)은 직경(R1)의 원이며, 일점쇄선의 원(RT)은 대략 삼각형(T)의 외접원이다.
상기 실시형태에 있어서는, 구멍(3)의 개구 면적이 이러한 연재 방향에 있어서 일정한 경우를 예시했지만, 전자 방출 제한 부재(2)의 구멍은 단부면(2c)으로부터 단부면(2d)측으로 향하여 개구 면적이 작아지는 축경부를 가져도 좋다. 도 8의 (a)에 도시하는 전자원(10A)은 구멍의 형상 이외는 전자원(10)과 동일한 구성이다. 전자원(10A)에 있어서의 구멍(4)은 단부면(2c)측의 구멍(4a)과, 단부면(2d)측의 구멍(4b)과, 이들 사이의 테이퍼부(4c)(축경부)에 의해 구성되어 있다. 구멍(4b)의 내경은 구멍(4a)의 내경보다 작다. 이 경우, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 기둥형상부(1)가 구멍(4b)의 내면을 깎아 전자 방출 제한 부재(2)에 박힌 상태로 되어 충분히 고정되어 있으면, 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이, 구멍(4a) 내에 있어서 기둥형상부(1)가 전자 방출 제한 부재(2)에 박혀 있지 않은 상태여도 좋다. 또한, 여기에서는 축경부로서 내경이 연속적으로 작아지는 테이퍼부(4c)를 예시했지만, 축경부는 내경이 단계적으로 작아지는 것이어도 좋다. 제 2 부재(12)의 구멍도 이것과 마찬가지로 축경부를 갖는 것이어도 좋다.
본 개시에 의하면, 미세한 전자원을 효율적으로 제조하는데 유용한 전자원의 제조 방법이 제공된다. 또한, 본 개시에 의하면, 전자를 방출하는 부재가 이것을 보지하는 부재로부터 빠지는 것을 충분히 억제할 수 있는 전자원 및 이를 구비한 이미터가 제공된다. 또한, 본 개시에 의하면, 상기 이미터를 구비하는 장치가 제공된다.
1: 기둥형상부
1a: 단부면(전자 방출면)
2: 전자 방출 제한 부재
2a: 통형상부
2b: 기단부
2c: 한쪽의 단부면
2d: 다른쪽의 단부면
3, 4, 13: 구멍
4c: 테이퍼부(축경부)
10, 10A: 전자원
11: 제 1 부재(기둥형상부)
11a: 돌출부
11c: 코너부
12: 제 2 부재
20: 이미터

Claims (6)

  1. (A) 전자 방출 특성을 갖는 제 1 재료로 구성되어 있는 기둥형상부를 각각 구비하는 복수의 제 1 부재를 준비하는 공정과,
    (B) 상기 제 1 재료보다 큰 일 함수를 각각 갖는 동시에, 한쪽의 단부면으로부터 다른쪽의 단부면의 방향으로 연장되어 있는 구멍이 각각 형성되어 있는 복수의 제 2 부재를 준비하는 공정과,
    (C) 복수의 상기 제 1 부재로부터 하나의 상기 제 1 부재를 선택하는 동시에, 복수의 상기 제 2 부재로부터 하나의 상기 제 2 부재를 선택하는 공정과,
    (D) 선택된 상기 제 2 부재의 상기 구멍에 대해, 선택된 상기 제 1 부재의 상기 기둥형상부를 밀어넣는 공정을 포함하며,
    상기 복수의 제 1 부재의 상기 기둥형상부는 대략 사각형의 단면 형상을 각각 갖고,
    상기 복수의 제 2 부재의 상기 구멍은 대략 원형의 단면 형상을 각각 갖고,
    (C) 공정에 있어서, 복수의 상기 제 1 부재 및 복수의 상기 제 2 부재로부터, 이하의 조건을 만족하는 1조의 제 1 부재 및 제 2 부재를 선택하고,
    (D) 공정에 있어서, 당해 제 2 부재의 상기 구멍에 대해서 당해 기둥형상부를 밀어넣는 것에 의해, 당해 기둥형상부의 측면의 일부가 당해 제 2 부재의 상기 구멍의 내면에 당접한 상태가 되어 당해 기둥형상부가 당해 제 2 부재에 대해서 고정되는
    전자원의 제조 방법.
    <조건>
    L1/R1>1 … (1)
    부등식(1)에 있어서, L1은 상기 대략 사각형의 2개의 대각선 중 긴 쪽의 대각선의 길이를 나타내고, R1은 상기 구멍의 직경을 나타낸다.
  2. (A) 전자 방출 특성을 갖는 제 1 재료로 구성되어 있는 기둥형상부를 각각 구비하는 복수의 제 1 부재를 준비하는 공정과,
    (B) 상기 제 1 재료보다 큰 일 함수를 각각 갖는 동시에, 한쪽의 단부면으로부터 다른쪽의 단부면의 방향으로 연장되어 있는 구멍이 각각 형성되어 있는 복수의 제 2 부재를 준비하는 공정과,
    (C) 복수의 상기 제 1 부재로부터 하나의 상기 제 1 부재를 선택하는 동시에, 복수의 상기 제 2 부재로부터 하나의 상기 제 2 부재를 선택하는 공정과,
    (D) 선택된 상기 제 2 부재의 상기 구멍에 대해, 선택된 상기 제 1 부재의 상기 기둥형상부를 밀어넣는 공정을 포함하며,
    상기 복수의 제 1 부재의 상기 기둥형상부는 대략 삼각형의 단면 형상을 각각 갖고,
    상기 복수의 제 2 부재의 상기 구멍은 대략 원형의 단면 형상을 각각 갖고,
    (C) 공정에 있어서, 복수의 상기 제 1 부재 및 복수의 상기 제 2 부재로부터, 이하의 조건을 만족하는 1조의 제 1 부재 및 제 2 부재를 선택하고,
    (D) 공정에 있어서, 당해 제 2 부재의 상기 구멍에 대해서 당해 기둥형상부를 밀어넣는 것에 의해, 당해 기둥형상부의 측면의 일부가 당해 제 2 부재의 상기 구멍의 내면에 당접한 상태가 되어 당해 기둥형상부가 당해 제 2 부재에 대해서 고정되는
    전자원의 제조 방법.
    <조건>
    상기 대략 삼각형의 외접원의 직경(R2)이 상기 구멍의 직경(R1)보다 크고 또한 상기 구멍의 직경(R1)과 동일 직경의 원의 중에 상기 대략 삼각형을 배치했을 때, 상기 대략 삼각형의 적어도 2개의 코너가 당해 원에 접한다.
  3. 전자 방출 특성을 갖는 제 1 재료로 구성되어 있는 기둥형상부와,
    상기 기둥형상부를 둘러싸도록 배치되어 있고, 상기 제 1 재료보다 일 함수가 큰 제 2 재료로 구성되어 있는 통형상부를 구비하는 전자원에 있어서,
    상기 통형상부는 한쪽의 단부면으로부터 다른쪽의 단부면의 방향으로 연장되어 있고 또한 대략 원형의 단면 형상을 갖는 구멍이 형성되어 있고,
    상기 기둥형상부는 대략 삼각형 또는 대략 사각형의 단면 형상을 갖고, 상기 구멍의 내면에 당접한 상태로 상기 통형상부에 고정되어 있는
    전자원.
  4. 제 3 항에 기재의 전자원을 구비하는 이미터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재의 전자원의 제조 방법에 의해 제조된 전자원을 구비하는 이미터.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 기재의 이미터를 구비하는 장치.
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