WO2023013282A1 - 電子源及びその製造方法、並びに電子源を備える装置 - Google Patents

電子源及びその製造方法、並びに電子源を備える装置 Download PDF

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洋光 茶谷
大介 石川
捷 唐
忠勝 大久保
帥 唐
淳 埋橋
和博 宝野
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デンカ株式会社
国立研究開発法人物質・材料研究機構
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    • H01J2237/06316—Schottky emission

Definitions

  • the present disclosure relates to an electron source, a method of manufacturing the same, and an apparatus including the electron source.
  • Electron sources are used, for example, in electron microscopes and semiconductor inspection equipment.
  • the electron source comprises a tip composed of electron emitting material.
  • the tip of a thermal field emission electron source can emit more electrons by sharpening its tip due to the electric field concentration effect.
  • US Pat. No. 5,300,000 discloses using an ion beam to sharpen the tip.
  • the present disclosure provides a method capable of efficiently manufacturing fine electron sources. Also, the present disclosure provides an electron source and an apparatus including the same that can meet the demand for miniaturization.
  • a method for manufacturing an electron source includes the following steps. (A) cutting chips of electron-emissive material from a block of electron-emissive material; (B) fixing the first end of the tip to the tip of the support needle; (C) sharpening the second end of the tip fixed to the tip of the support needle;
  • the above step (A) includes the following steps.
  • Step (B) includes forming a junction between the tip of the support needle and the first end of the tip.
  • the manufacturing method described above extremely fine chips having a predetermined shape can be efficiently cut out from the block by using an ion beam in the step (A).
  • the first end of the tip is joined to the tip of the support needle, and the first end includes the first surface and the second surface. Sufficient area can be secured. Thereby, it is possible to sufficiently prevent the chip from being detached from the support needle.
  • An electron source includes a support needle having a tip, a tip of electron emissive material having first and second ends, and a first end of the tip relative to the tip of the support needle.
  • the first end of the chip includes a first surface and a second surface forming an angle of 10-90°.
  • the tip of the support needle and the first end of the tip are joined, and the first end includes the first surface and the second surface. Therefore, it is possible to sufficiently secure the area of the joint portion. This can sufficiently prevent the tip from being detached from the support needle.
  • the first end of the tip may be in contact with the tip of the support needle, or the tip of the support needle and the first end of the tip may be separated from each other with a junction between them. Constituent materials may intervene. It is preferable that the width Wa of the tip of the support needle and the width Wb of the first end of the tip satisfy one of condition 1 and condition 2 expressed by the following inequality. (Condition 1) 1 ⁇ Wa/Wb ⁇ 10000 (Condition 2) 1 ⁇ Wb/Wa ⁇ 10000
  • the electron source may be extremely fine.
  • the width of the tip of the support needle is, for example, 0.5 to 10 ⁇ m.
  • the width of the first end of the chip is, for example, 0.5 ⁇ m or less.
  • the angle of the second end of the tip of the electron emitting material in longitudinal section is, for example, 5 to 90°.
  • a device according to one aspect of the present disclosure includes the electron source.
  • Devices with electron sources include, for example, electron microscopes and semiconductor manufacturing and inspection devices.
  • an electron source and an apparatus including the same are provided that can meet the demand for miniaturization.
  • FIG. 1(a) is a front view schematically showing a part of the configuration of an electron gun having an electron source according to the present disclosure
  • FIG. 1(b) is an enlarged view of the tip of the electron source
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the tip of the electron source shown in FIG. 1(b).
  • 3(a) and 3(b) are cross-sectional views schematically showing how grooves are formed in a block of electron-emitting material by an ion beam
  • FIG. FIG. 4 is a top view schematically showing a state in which a chip is cut out from the .
  • FIG. 4(a) is a perspective view schematically showing a state in which the cut-out chip is picked up by a probe
  • FIG. 4(b) is a partial fixation of the chip to the distal end surface of the support needle, and then the chip is removed. It is a perspective view which shows the cut
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the proximal end portion of the tip is joined to the distal end surface of the support needle with a metal material.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing how an ion beam having a doughnut-shaped cross section is used to sharpen the tip of a tip.
  • FIG. 7(a) is a side view schematically showing another aspect of the tip (after processing), and
  • FIG. 7(b) is a side view schematically showing the tip of the support needle.
  • FIGS. 9A and 9B are SEM photographs showing the process of manufacturing an electron source according to the example.
  • 9B is an SEM photograph of the chip taken from the direction of the arrow in FIG. 9B.
  • FIG. 11 is an SEM photograph showing the tip of the electron source according to the example.
  • FIG. 1(a) is a front view schematically showing a part of the configuration of an electron gun having an electron source according to this embodiment
  • FIG. 1(b) is an enlarged view of the tip of the electron source.
  • the electron gun 50 shown in FIG. 1(a) is called a thermal field emission type.
  • the electron gun 50 includes an electron source 10 , filaments 12 a and 12 b , electrodes 15 a and 15 b and an insulator 18 .
  • the electron source 10 is heated by energizing the filaments 12 a and 12 b and electrons are emitted from the tip of the electron source 10 .
  • Devices that include the electron source 10 include electron microscopes, semiconductor manufacturing devices, inspection devices, and processing devices.
  • the electron source 10 includes a tip 1 made of an electron-emitting material, a support needle 3 for supporting the tip, and a joint fixing the tip 1 to the tip surface 3a of the support needle 3. 5.
  • the tip of the electron source 10 is formed by the tip 1a (second end) of the tip 1. As shown in FIG. 1(b), the electron source 10 includes a tip 1 made of an electron-emitting material, a support needle 3 for supporting the tip, and a joint fixing the tip 1 to the tip surface 3a of the support needle 3. 5.
  • the tip of the electron source 10 is formed by the tip 1a (second end) of the tip 1. As shown in FIG.
  • FIG. 2 is an enlarged end view of the tip of the electron source 10.
  • the chip 1 is fine, and its length (length L in FIG. 2) is, for example, 2 to 3 ⁇ m.
  • the tip 1 is made of electron emitting material.
  • An electron emitting material is a material that emits electrons upon heating. Examples of electron emitting materials include rare earth borides such as lanthanum boride (LaB 6 ), cerium boride (CeB 6 ); refractory metals such as tungsten, tantalum, hafnium and their oxides, carbides and nitrides. .
  • the base end 1b (first end) of the chip 1 is composed of a first surface F1 and a second surface F2.
  • the proximal end portion 1b faces the distal end surface 3a.
  • the proximal end portion 1b is in contact with the distal end surface 3a.
  • the angle formed by the first surface F1 and the second surface F2 is, for example, 10 to 90°. 85° is preferred.
  • the angle of the tip of the tip 1 (angle ⁇ in FIG. 2) in the longitudinal section is, for example, preferably 5 to 90°, more preferably 10 to 30°. is.
  • the support needle 3 is also fine, and its tip surface 3a is, for example, circular with a diameter of 0.5 to 10 ⁇ m.
  • the diameter may be 0.5-8 ⁇ m or 0.6-2 ⁇ m.
  • the support needles 3 are made of a material that is electrically conductive and has excellent heat resistance. Materials constituting the support needle 3 include tungsten, tantalum, platinum, rhenium and carbon. Note that the tip surface 3a of the support needle 3 does not necessarily have to be circular, and may be oval or square with rounded corners, for example. For these shapes, the tip surface has a width of, for example, 0.5 to 10 ⁇ m.
  • the joint portion 5 is composed of joint materials 5a and 5b, and is formed between the distal end surface 3a of the support needle 3 and the base end portion 1b side of the tip 1. That is, the area defined by the first surface F1 and the tip surface 3a is filled with the bonding material 5a, and the area defined by the second surface F2 and the tip surface 3a is filled with the bonding material 5b. there is A bonding material 5a, 5b is filled in each of these regions, for example by vapor deposition or sputtering. Specific examples of the bonding materials 5a and 5b include platinum, tungsten, carbon and gold.
  • the manufacturing method of the electron source 10 includes the following steps.
  • a step of cutting out electron emitting material chips C from the electron emitting material block B (see FIGS. 3(a) to 3(c)).
  • B A step of fixing the tip C to the tip surface 3a of the support needle 3 (see FIGS. 4A, 4B and 5).
  • C A step of sharpening the tip of the tip C on the tip surface 3a of the support needle 3 (see FIG. 6).
  • the process includes the following steps. (a1) Irradiating the surface Fb of the block B with the ion beam IB to form the first grooves G1 forming the first surface F1 of the chip C in the block B (see FIG. 3A). (a2) Irradiating the surface Fb of the block B with the ion beam IB to form the second groove G2 forming the second surface F2 of the chip C in the block B (see FIG. 3B).
  • the first groove G1 and the second groove G2 can be formed, for example, by FIB (focused ion beam) irradiation. After forming the first groove G1, the angle of the block B may be changed to form the second groove G2.
  • the chip C is cut out from the block B through a step of forming grooves G3 and G4 forming the side surfaces of the chip C by FIB irradiation. After that, a probe P is joined near one end of the chip C. As shown in FIG. This bonding can be performed, for example, by vapor deposition of a metal such as platinum. This enables the probe P to pick up the chip C (see FIGS. 3(c) and 4(a)).
  • the chip C is conveyed above the tip surface 3a of the support needle 3 separately prepared.
  • the first end C1 of the chip C is temporarily fixed to the tip surface 3a.
  • the first end C1 is composed of a first surface F1 and a second surface F2.
  • Temporary fixing of the chip C can be carried out, for example, by vapor deposition of metal such as platinum.
  • the chip C is cut according to the size of the tip surface 3a (see FIG. 4(b)). Cutting of chip C can be performed by FIB.
  • a joint portion 5 is formed in a region including the interface between the tip surface 3a and the first end portion C1 of the chip C.
  • the junction 5 can be formed by vapor deposition or sputtering.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the second end C2 side of the chip C on the tip surface 3a is sharpened.
  • This processing can be performed by an ion beam IB having a doughnut-shaped cross section.
  • Chip 1 shown in FIG. 2 is obtained from chip C shown in FIG. 5 through processing by ion beam IB.
  • the joint 5 may be processed by the ion beam IB so that the outer surface of the joint 5 is continuous with the outer surface of the tip 1 and the outer surface of the support needle 3 .
  • an electron source applied to a thermal field emission electron gun was described, but an electron source applied to a field emission electron gun may be manufactured by the method of the above embodiments. .
  • the base end portion 1b of the tip 1 has a shape (wedge shape) formed by the first surface F1 and the second surface F2.
  • the proximal end portion 1b of the tip 1 may further include the distal end surface F3.
  • the width of the base end of the tip is preferably 0.5 ⁇ m or less, more preferably 0.1 to 0.2 ⁇ m.
  • the case where the support needle 3 has the tip surface 3a was illustrated, but the tip of the support needle 3 may be sharp. Even if the tip of the support needle 3 is sharp, the chip C can be fixed by vapor deposition, for example.
  • the width Wa of the tip of the support needle 3 (the width Wa in FIG. 7B) and the width Wb of the base end portion 1b of the tip 1 satisfy one of condition 1 and condition 2 expressed by the following inequality.
  • (Condition 1) 1 ⁇ Wa/Wb ⁇ 10000
  • (Condition 2) 1 ⁇ Wb/Wa ⁇ 10000
  • the value of Wa/Wb is more preferably 1,000 to 10,000.
  • the value of Wb/Wa is more preferably 1,000 to 10,000.
  • the base end 1b of the tip 1 is in contact with the tip surface 3a of the support needle 3, but the tip of the support needle 3 and the base end 1b of the tip 1 are separated from each other.
  • a material forming the joint portion 5 may be interposed between them (see FIG. 8).
  • This disclosure relates to: [1] (A) cutting chips of electron-emissive material from a block of electron-emissive material; (B) securing the first end of the tip to the tip of a support needle; (C) sharpening a second end of the tip secured to the tip; including (A) The step is (a1) forming a first groove forming a first surface of the tip in the block by irradiating the surface of the block with an ion beam; (a2) forming a second groove in the block that constitutes the second surface of the tip by irradiating the surface of the block with an ion beam; wherein the first end of the tip includes the first surface and the second surface forming an angle of 10 to 90°, (B) forming a joint between the tip of the support needle and the first end of the tip; A method of manufacturing an electron source, comprising: [2] a support needle having a tip; a tip of electron emissive material having first and second ends; a joint securing the first end
  • Chips were cut from blocks of LaB 6 using a FIB machine (see Figure 9(a)).
  • ⁇ Chip width about 15 ⁇ m
  • ⁇ Chip height about 5 ⁇ m
  • the angle between the first surface and the second surface about 60°
  • FIG. 10 is a SEM photograph of the chip taken from the direction of arrow A in FIG. 9(b).
  • a junction was formed by vapor-depositing platinum in a region including the interface between the base end of the tip and the tip surface of the support needle. Evaporation of platinum was performed using FIB. After that, an FIB processing machine was used to irradiate the tip with an ion beam having a donut-shaped cross section from above to sharpen the tip of the tip (see FIG. 6). Through these steps, an electron source having a tip shown in FIG. 11 was produced. The angle ⁇ of this tip was 14.9°.
  • SYMBOLS 1... Tip, 1a... Distal part (second end part), 1b... Base end part (first end part), 3... Support needle, 3a... Distal surface, 5... Joining part, 5a, 5b... Joining material , 10... electron source, 12a, 12b... filament, 15a, 15b... electrode, 18... insulator, 50... electron gun, B... block, C... chip, C1... first end, C2... second end , F1 . , P... probe.

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Abstract

本開示に係る電子源の製造方法は、（Ａ）電子放出材料のブロックから、チップを切り出す工程と、（Ｂ）支持ニードルの先端に対してチップの第一の端部を固定する工程と、（Ｃ）チップの第二の端部を尖らせる工程とを含む。（Ａ）工程は、ブロックの表面に対するイオンビームの照射によってチップの第一及び第二の面を構成する第一及び第二の溝をブロックに形成することを含む。チップの第一の端部は、なす角度αが１０～９０°の第一の面と第二の面とを含む。（Ｂ）工程は、支持ニードルの先端とチップの第一の端部の間に接合部を形成することを含む。

Description

電子源及びその製造方法、並びに電子源を備える装置
　本開示は、電子源及びその製造方法、並びに電子源を備える装置に関する。
　電子源は、例えば、電子顕微鏡及び半導体検査装置に使用されている。電子源は電子放出材料で構成されるチップを備える。例えば、熱電界放出型電子源のチップは、その先端を尖らせることで、電界集中効果によって、より多くの電子を放出することができる。特許文献１は、チップの先端を尖らせるためにイオンビームを使用することを開示している。
米国特許第５９９３２８１号明細書
　近年、電子源が備えるチップの更なる微細化が求められている。本開示は、微細な電子源を効率的に製造できる方法を提供する。また、本開示は、微細化の要求に対応し得る電子源及びこれを備える装置を提供する。
　本開示の一側面に係る電子源の製造方法は以下の工程を含む。
（Ａ）電子放出材料のブロックから電子放出材料のチップを切り出す工程。
（Ｂ）支持ニードルの先端に対してチップの第一の端部を固定する工程。
（Ｃ）支持ニードルの先端に固定されたチップの第二の端部を尖らせる工程。
　上記（Ａ）工程は以下のステップを含む。
（ａ１）ブロックの表面に対するイオンビームの照射によってチップの第一の面を構成する第一の溝をブロックに形成すること。
（ａ２）ブロックの表面に対するイオンビームの照射によってチップの第二の面を構成する第二の溝をブロックに形成すること。
　チップの第一の端部は、なす角度が１０～９０°の第一の面と第二の面とを含む。
　上記（Ｂ）工程は、支持ニードルの先端とチップの第一の端部の間に接合部を形成することを含む。
　上記製造方法によれば、（Ａ）工程において、イオンビームを使用することで、ブロックから、所定の形状を有し且つ極めて微細なチップを効率的に切り出すことができる。また、（Ｂ）工程において、支持ニードルの先端に対してチップの第一の端部が接合され、この第一の端部が第一の面と第二の面とを含むため、接合部の面積を十分に確保することができる。これにより、支持ニードルからチップが離脱することを十分に抑制できる。
　本開示の一側面に係る電子源は、先端を有する支持ニードルと、第一及び第二の端部を有する電子放出材料のチップと、支持ニードルの先端に対してチップの第一の端部を固定している接合部とを備え、チップの第一の端部は、なす角度が１０～９０°の第一の面と第二の面とを含む。
　上記電子源によれば、支持ニードルの先端とチップの第一の端部が接合され、この第一の端部が第一の面と第二の面とを含む。このため、接合部の面積を十分に確保することができる。これにより、支持ニードルからのチップの離脱を十分に抑制できる。
　上記電子源において、支持ニードルの先端にチップの第一の端部が当接していてもよいし、支持ニードルの先端とチップの第一の端部が離間しており両者の間に接合部を構成する材料が介在していてもよい。支持ニードルの先端の幅Ｗａとチップの第一の端部の幅Ｗｂが以下の不等式で表される条件１及び条件２の一方を満たすことが好ましい。
　　（条件１）１≦Ｗａ／Ｗｂ≦１００００
　　（条件２）１≦Ｗｂ／Ｗａ≦１００００
　上記電子源は、極めて微細なものであってもよい。上記支持ニードルの先端の幅は、例えば、０．５～１０μｍである。チップの第一の端部の幅は、例えば、０．５μｍ以下である。長期にわたる安定的な電子の放出の観点から、縦断面において、電子放出材料のチップの第二の端部の角度は、例えば、５～９０°である。
　本開示の一側面に係る装置は上記電子源を備える。電子源を備える装置として、例えば、電子顕微鏡及び半導体製造装置及び検査装置が挙げられる。
　本開示によれば、微細な電子源を効率的に製造できる方法が提供される。また、本開示によれば、微細化の要求に対応し得る電子源及びこれを備える装置が提供される。
図１（ａ）は、本開示に係る電子源を備える電子銃の構成の一部を模式的に示す正面図であり、図１（ｂ）は電子源の先端部の拡大図である。 図２は図１（ｂ）に示す電子源の先端部の断面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、電子放出材料のブロックにイオンビームによって溝を形成する様子を模式的に示す断面図であり、図３（ｃ）は四つの溝の形成によってブロックからチップが切り出された状態を模式的に示す上面図である。 図４（ａ）は切り出されたチップをプローブでピックアップした状態を模式的に示す斜視図であり、図４（ｂ）はチップの一部を支持ニードルの先端面に仮固定した後、チップを切断した状態を模式的に示す斜視図である。 図５は、支持ニードルの先端面にチップの基端部を金属材料によって接合した状態を模式的に示す断面図である。 図６は、横断面の形状がドーナツ状のイオンビームによってチップの先端部を尖らせる加工を実施している様子を模式的に示す断面図である。 図７（ａ）はチップ（加工後）の他の態様を模式的に示す側面図であり、図７（ｂ）は支持ニードルの先端を模式的に示す側面である。 図８は支持ニードルの先端とチップ（加工後）の基端部の間に、接合部を構成する材料が介在している態様を模式的に示す側面図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実施例に係る電子源を作製する過程を示すＳＥＭ写真である。 は、図９（ｂ）における矢印の方向からチップを撮影したＳＥＭ写真である。 図１１は、実施例に係る電子源の先端部を示すＳＥＭ写真である。
　以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
＜電子源＞
　図１（ａ）は本実施形態に係る電子源を備える電子銃の構成の一部を模式的に示す正面図であり、図１（ｂ）は電子源の先端部の拡大図である。図１（ａ）に示す電子銃５０は、熱電界放出型と称される。電子銃５０は、電子源１０と、フィラメント１２ａ，１２ｂと、電極１５ａ，１５ｂと、碍子１８とを備える。フィラメント１２ａ，１２ｂへの通電によって電子源１０が加熱されて電子源１０の先端部から電子が放出される。電子源１０を備える装置として、電子顕微鏡、半導体製造装置、検査装置及び加工装置が挙げられる。
　図１（ｂ）に示されたように、電子源１０は、電子放出材料のチップ１と、これを支持する支持ニードル３と、支持ニードル３の先端面３ａにチップ１を固定している接合部５とによって構成されている。電子源１０の先端部はチップ１の先端部１ａ（第二の端部）で構成されている。
　図２は電子源１０の先端部を拡大して示す端面図である。チップ１は微細であり、長さ（図２における長さＬ）は、例えば、２～３μｍである。チップ１は電子放出材料からなる。電子放出材料は、加熱によって電子を放出する材料である。電子放出材料の例として、ホウ化ランタン（ＬａＢ６）、ホウ化セリウム（ＣｅＢ６）などの希土類ホウ化物；タングステン、タンタル、ハフニウムなどの高融点金属ならびにその酸化物、炭化物及び窒化物が挙げられる。
　図２に示されたように、チップ１の基端部１ｂ（第一の端部）は、第一の面Ｆ１と第二の面Ｆ２によって構成されている。基端部１ｂが先端面３ａに対面している。本実施形態においては、基端部１ｂは先端面３ａに当接している。第一の面Ｆ１と第二の面Ｆ２のなす角度（図２における角度α）は、例えば、１０～９０°であり、先端面３ａに対する基端部１ｂの強固な接合の観点から、４５～８５°であることが好ましい。長期にわたる安定的な電子の放出の観点から、縦断面において、チップ１の先端部の角度（図２における角度β）は、例えば、好ましくは５～９０°であり、より好ましくは１０～３０°である。
　支持ニードル３も微細であり、その先端面３ａは、例えば、直径０．５～１０μｍの円形状である。なお、この直径は０．５～８μｍ又は０．６～２μｍであってもよい。支持ニードル３は電導性を有するとともに、優れた耐熱性を有する材料からなる。支持ニードル３を構成する材料として、タングステン、タンタル、プラチナ、レニウム及びカーボンが挙げられる。なお、支持ニードル３の先端面３ａは必ずしも円形状でなくてもよく、例えば、楕円形や四隅が丸みを帯びた四角形であってもよい。これらの形状の場合、先端面は、例えば、０．５～１０μｍの幅を有する。
　接合部５は、接合材料５ａ，５ｂで構成されており、支持ニードル３の先端面３ａとチップ１の基端部１ｂ側との間に形成されている。すなわち、第一の面Ｆ１と先端面３ａとによって画成される領域に接合材料５ａが充填され、第二の面Ｆ２と先端面３ａとによって画成される領域に接合材料５ｂが充填されている。接合材料５ａ，５ｂは、例えば、蒸着又はスパッタリングによって上記領域にそれぞれ充填される。接合材料５ａ，５ｂの具体例として、白金、タングステン、カーボン及び金が挙げられる。
＜電子源の製造方法＞
　次に、電子源１０の製造方法について説明する。電子源１０の製造方法は以下の工程を含む。
（Ａ）電子放出材料のブロックＢから電子放出材料のチップＣを切り出す工程（図３（ａ）～図３（ｃ）参照）。
（Ｂ）支持ニードル３の先端面３ａにチップＣを固定する工程（図４（ａ）、図４（ｂ）及び図５参照）。
（Ｃ）支持ニードル３の先端面３ａ上において、チップＣの先端部を尖らせる工程（図６参照）。
［（Ａ）工程］
　（Ａ）工程は、以下のステップを含む。
（ａ１）ブロックＢの表面Ｆｂに対するイオンビームＩＢの照射によってチップＣの第一の面Ｆ１を構成する第一の溝Ｇ１をブロックＢに形成すること（図３（ａ）参照）。
（ａ２）ブロックＢの表面Ｆｂに対するイオンビームＩＢの照射によってチップＣの第二の面Ｆ２を構成する第二の溝Ｇ２をブロックＢに形成すること（図３（ｂ）参照）。
　第一の溝Ｇ１及び第二の溝Ｇ２は、例えば、ＦＩＢ（focused　ion　beam）の照射によって形成することができる。第一の溝Ｇ１を形成した後、ブロックＢの角度を変え、第二の溝Ｇ２を形成すればよい。チップＣの側面を構成する溝Ｇ３及び溝Ｇ４をＦＩＢの照射によって形成するステップを経てチップＣがブロックＢから切り出される。その後、チップＣの一方の端部近傍にプローブＰを接合する。この接合は、例えば、白金などの金属の蒸着によって実施できる。これにより、プローブＰでチップＣをピックアップすることが可能となる（図３（ｃ）及び図４（ａ）参照）。
［（Ｂ）工程］
　図４（ａ）に示されるように、別途準備した支持ニードル３の先端面３ａの上方にチップＣを搬送する。先端面３ａに対してチップＣの第一の端部Ｃ１を仮固定する。本実施形態において第一の端部Ｃ１は、第一の面Ｆ１と第二の面Ｆ２とによって構成されている。チップＣの仮固定は、例えば、白金などの金属の蒸着によって実施できる。その後、先端面３ａのサイズに合わせてチップＣを切断する（図４（ｂ）参照）。チップＣの切断はＦＩＢによって実施できる。その後、図５に示されるように、先端面３ａとチップＣの第一の端部Ｃ１の界面を含む領域に接合部５を形成する。接合部５は、蒸着又はスパッタリングによって形成することができる。
［（Ｃ）工程］
　図６は、先端面３ａ上のチップＣの第二の端部Ｃ２側を尖らせる加工を実施している様子を模式的に示す断面図である。この加工は、横断面の形状がドーナツ状のイオンビームＩＢによって実施することができる。イオンビームＩＢによる加工を経て、図５に示されるチップＣから、図２に示されるチップ１が得られる。なお、接合部５の外面がチップ１の外面及び支持ニードル３の外面と連続的になるように、イオンビームＩＢによって接合部５を加工してもよい。
　以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、熱電界放出型の電子銃に適用される電子源について説明したが、電界放出型の電子銃に適用される電子源を上記実施形態の方法で製造してもよい。
　上記実施形態においては、チップ１の基端部１ｂが第一の面Ｆ１と第二の面Ｆ２とによって構成された形状（くさび状）である場合を例示したが、図７（ａ）に示すように、チップ１の基端部１ｂは、先端面Ｆ３を更に備えたものであってもよい。この場合、チップの基端部の幅（図７（ａ）における幅Ｗｂ）は、好ましくは０．５μｍ以下であり、より好ましくは０．１～０．２μｍである。また、上記実施形態においては、支持ニードル３が先端面３ａを有する場合を例示したが、支持ニードル３の先端が尖っていてもよい。支持ニードル３の先端が尖っていても、例えば、蒸着によってチップＣを固定することができる。支持ニードル３の先端の幅Ｗａ（図７（ｂ）における幅Ｗａ）とチップ１の基端部１ｂの幅Ｗｂが以下の不等式で表される条件１及び条件２の一方を満たすことが好ましい。
　　（条件１）１≦Ｗａ／Ｗｂ≦１００００
　　（条件２）１≦Ｗｂ／Ｗａ≦１００００
　なお、条件１に関し、Ｗａ／Ｗｂの値はより好ましくは１０００～１００００である。条件２に関し、Ｗｂ／Ｗａの値はより好ましくは１０００～１００００である。
　上記実施形態においては、支持ニードル３の先端面３ａに対してチップ１の基端部１ｂが当接している場合を例示したが、支持ニードル３の先端とチップ１の基端部１ｂが離間しており両者の間に接合部５を構成する材料が介在していてもよい（図８参照）。
　本開示は以下の事項に関する。
［１］（Ａ）電子放出材料のブロックから前記電子放出材料のチップを切り出す工程と、
（Ｂ）支持ニードルの先端に対して前記チップの第一の端部を固定する工程と、
（Ｃ）前記先端に固定された前記チップの第二の端部を尖らせる工程と、
を含み、
　（Ａ）工程は、
（ａ１）前記ブロックの表面に対するイオンビームの照射によって前記チップの第一の面を構成する第一の溝を前記ブロックに形成すること、
（ａ２）前記ブロックの表面に対するイオンビームの照射によって前記チップの第二の面を構成する第二の溝を前記ブロックに形成すること、
を含み、前記チップの前記第一の端部は、なす角度が１０～９０°の前記第一の面と前記第二の面とを含み、
　（Ｂ）工程は、前記支持ニードルの前記先端と前記チップの前記第一の端部の間に接合部を形成すること、
を含む、電子源の製造方法。
［２］先端を有する支持ニードルと、
　第一及び第二の端部を有する電子放出材料のチップと、
　前記支持ニードルの前記先端に対して前記チップの前記第一の端部を固定している接合部と、
を備え、
　前記チップの前記第一の端部は、なす角度が１０～９０°の第一の面と第二の面とを含む、電子源。
［３］前記支持ニードルの前記先端に前記チップの前記第一の端部が当接している、［２］に記載の電子源。
［４］前記支持ニードルの前記先端の幅Ｗａと前記チップの前記第一の端部の幅Ｗｂが以下の不等式で表される条件１及び条件２の一方を満たす、［２］又は［３］に記載の電子源。
　　（条件１）１≦Ｗａ／Ｗｂ≦１００００
　　（条件２）１≦Ｗｂ／Ｗａ≦１００００
［５］前記支持ニードルの前記先端の幅が０．５～１０μｍであり、
　前記チップの前記第一の端部の幅が０．５μｍ以下である、［２］～［４］のいずれか一つに記載の電子源。
［６］縦断面において、前記チップの第二の端部の角度が５～９０°である、「２」～［５］のいずれか一つに記載の電子源。
［７］［２］～［６］のいずれか一つに記載の電子源を備える装置。
　以下、本開示について実施例に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例）
　以下のサイズのＬａＢ６（電子放出材料）のブロック及びタングステン製の支持ニードルを準備した。
＜ＬａＢ６のブロック＞
・直径：約６ｍｍ
・厚さ：約１ｍｍ
＜支持ニードル＞
・先端面の直径：約１μｍ
　ＦＩＢ加工機を使用し、ＬａＢ６のブロックからチップを切り出した（図９（ａ）参照）。
・チップの幅：約１５μｍ
・チップの高さ：約５μｍ
・第一の面と第二の面のなす角度：約６０°
　タングステン製のプローブでチップを保持した状態で、支持ニードルの先端面に白金を介してチップを仮固定した。その後、ＦＩＢによってチップを支持ニードルの先端面のサイズに合わせて切断した（図９（ｂ）参照）。図１０は図９（ｂ）における矢印Ａの方向からチップを撮影したＳＥＭ写真である。
　チップの基端部と、支持ニードルの先端面との界面を含む領域に白金を蒸着させることによって接合部を形成した。白金の蒸着はＦＩＢを使用して実施した。その後、ＦＩＢ加工機を使用し、チップの上方から横断面がドーナツ状のイオンビームを照射することによってチップの先端を尖らせた（図６参照）。これらの工程を経て、図１１に示される先端部を有する電子源を作製した。この先端部の角度βは１４．９°であった。
１…チップ、１ａ…先端部（第二の端部）、１ｂ…基端部（第一の端部）、３…支持ニードル、３ａ…先端面、５…接合部、５ａ，５ｂ…接合材料、１０…電子源、１２ａ，１２ｂ…フィラメント、１５ａ，１５ｂ…電極、１８…碍子、５０…電子銃、Ｂ…ブロック、Ｃ…チップ、Ｃ１…第一の端部、Ｃ２…第二の端部、Ｆ１…第一の面、Ｆ２…第二の面、Ｆ３…先端面、Ｆｂ…ブロックの表面、Ｇ１…第一の溝、Ｇ２…第二の溝、Ｇ３，Ｇ４…溝、ＩＢ…イオンビーム、Ｐ…プローブ。

 

Claims (7)

  1. （Ａ）電子放出材料のブロックから前記電子放出材料のチップを切り出す工程と、
    （Ｂ）支持ニードルの先端に対して前記チップの第一の端部を固定する工程と、
    （Ｃ）前記先端に固定された前記チップの第二の端部を尖らせる工程と、
    を含み、
    　（Ａ）工程は、
    （ａ１）前記ブロックの表面に対するイオンビームの照射によって前記チップの第一の面を構成する第一の溝を前記ブロックに形成すること、
    （ａ２）前記ブロックの表面に対するイオンビームの照射によって前記チップの第二の面を構成する第二の溝を前記ブロックに形成すること、
    を含み、前記チップの前記第一の端部は、なす角度が１０～９０°の前記第一の面と前記第二の面とを含み、
    　（Ｂ）工程は、前記支持ニードルの前記先端と前記チップの前記第一の端部の間に接合部を形成すること、
    を含む、電子源の製造方法。
  2. 　先端を有する支持ニードルと、
    　第一及び第二の端部を有する電子放出材料のチップと、
    　前記支持ニードルの前記先端に対して前記チップの前記第一の端部を固定している接合部と、
    を備え、
    　前記チップの前記第一の端部は、なす角度が１０～９０°の第一の面と第二の面とを含む、電子源。
  3. 　前記支持ニードルの前記先端に前記チップの前記第一の端部が当接している、請求項２に記載の電子源。
  4. 　前記支持ニードルの前記先端の幅Ｗａと前記チップの前記第一の端部の幅Ｗｂが以下の不等式で表される条件１及び条件２の一方を満たす、請求項２に記載の電子源。
    　　（条件１）１≦Ｗａ／Ｗｂ≦１００００
    　　（条件２）１≦Ｗｂ／Ｗａ≦１００００
  5. 　前記支持ニードルの前記先端の幅が０．５～１０μｍであり、
    　前記チップの前記第一の端部の幅が０．５μｍ以下である、請求項２に記載の電子源。
  6. 　縦断面において、前記チップの第二の端部の角度が５～９０°である、請求項２に記載の電子源。
  7. 　請求項２～６のいずれか一項に記載の電子源を備える装置。

     
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