特許 7573601 電子源及びその製造方法、並びにエミッター及びこれを備える装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-17

(45)【発行日】2024-10-25

(54)【発明の名称】電子源及びその製造方法、並びにエミッター及びこれを備える装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/06 20060101AFI20241018BHJP

   H01J 9/04 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

H01J37/06 A

H01J9/04

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022516997

(86)(22)【出願日】2021-04-14

(86)【国際出願番号】 JP2021015465

(87)【国際公開番号】W WO2021215330

(87)【国際公開日】2021-10-28

【審査請求日】2023-06-13

(31)【優先権主張番号】P 2020075321

(32)【優先日】2020-04-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003296

【氏名又は名称】デンカ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(74)【代理人】

【識別番号】100185591

【弁理士】

【氏名又は名称】中塚 岳

(74)【代理人】

【識別番号】100169063

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 洋平

(72)【発明者】

【氏名】塚田 大

(72)【発明者】

【氏名】茶谷 洋光

(72)【発明者】

【氏名】石川 大介

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２４６９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５５２５１０４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開昭６３－０３２８４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ９／０４

Ｈ０１Ｊ ３７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（Ａ）電子放出特性を有する第一材料で構成されている柱状部をそれぞれ備える複数の第一部材を準備する工程と、
（Ｂ）前記第一材料よりも大きい仕事関数をそれぞれ有するとともに、一方の端面から他方の端面の方向に延びている孔がそれぞれ形成されている複数の第二部材を準備する工程と、
（Ｃ）複数の前記第一部材から一つの前記第一部材を選択するとともに、複数の前記第二部材から一つの前記第二部材を選択する工程と、
（Ｄ）選択された前記第二部材の前記孔に対し、選択された前記第一部材の前記柱状部を押し込む工程と、
を含み、
前記複数の第一部材の前記柱状部は略四角形の断面形状をそれぞれ有し、
前記複数の第二部材の前記孔は、略円形の断面形状をそれぞれ有し、
（Ｃ）工程において、複数の前記第一部材及び複数の前記第二部材から、以下の条件を満たす一組の第一部材及び第二部材を選択し、
（Ｄ）工程において、当該第二部材の前記孔に対して当該柱状部を押し込むことによって、当該柱状部の側面の一部が当該第二部材の前記孔の内面に当接した状態となって当該柱状部が当該第二部材に対して固定されるとともに、当該柱状部の側面であって前記孔に挿入された部分の全体が前記第二部材で覆われる、電子源の製造方法（ただし、前記孔内において前記柱状部の周辺部に、炭素粉体と有機接着剤の混合物を充填する工程を含む電子源の製造方法を除く。）。
＜条件＞
Ｌ_１／Ｒ_１＞１…（１）
不等式（１）において、Ｌ_１は前記略四角形の二本の対角線のうち長い方の対角線の長さを示し、Ｒ_１は前記孔の直径を示す。

【請求項2】

（Ａ）電子放出特性を有する第一材料で構成されている柱状部をそれぞれ備える複数の第一部材を準備する工程と、
（Ｂ）前記第一材料よりも大きい仕事関数をそれぞれ有するとともに、一方の端面から他方の端面の方向に延びている孔がそれぞれ形成されている複数の第二部材を準備する工程と、
（Ｃ）複数の前記第一部材から一つの前記第一部材を選択するとともに、複数の前記第二部材から一つの前記第二部材を選択する工程と、
（Ｄ）選択された前記第二部材の前記孔に対し、選択された前記第一部材の前記柱状部を押し込む工程と、
を含み、
前記複数の第一部材の前記柱状部は略三角形の断面形状をそれぞれ有し、
前記複数の第二部材の前記孔は、略円形の断面形状をそれぞれ有し、
（Ｃ）工程において、複数の前記第一部材及び複数の前記第二部材から、以下の条件を満たす一組の第一部材及び第二部材を選択し、
（Ｄ）工程において、当該第二部材の前記孔に対して当該柱状部を押し込むことによって、当該柱状部の側面の一部が当該第二部材の前記孔の内面に当接した状態となって当該柱状部が当該第二部材に対して固定されるとともに、当該柱状部の側面であって前記孔に挿入された部分の全体が前記第二部材で覆われる、電子源の製造方法（ただし、前記孔内において前記柱状部の周辺部に、炭素粉体と有機接着剤の混合物を充填する工程を含む電子源の製造方法を除く。）。
＜条件＞
前記略三角形の外接円の直径Ｒ_２が前記孔の直径Ｒ_１よりも大きく且つ前記孔の直径Ｒ_１と同じ直径の円の中に前記略三角形を配置したとき、前記略三角形の少なくとも二つの角が当該円に接する。

【請求項3】

前記第一材料がホウ化ランタン及びホウ化セリウムのいずれか一方である、請求項１又は２に記載の電子源の製造方法。

【請求項4】

前記第二部材が黒鉛で構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の電子源の製造方法。

【請求項5】

前記第二部材がガラス状カーボンで構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の電子源の製造方法。

【請求項6】

電子放出特性を有する第一材料で構成されている柱状部と、
前記柱状部を囲うように配置されており、前記第一材料よりも仕事関数が大きい第二材料で構成されている筒状部と、
を備える電子源であって、
前記筒状部は、一方の端面から他方の端面の方向に延びており且つ略円形の断面形状を有する孔が形成されており、
前記柱状部は、略三角形又は略四角形の断面形状を有し、前記孔の内面に当接した状態で前記筒状部に固定されており、
前記柱状部の側面であって前記筒状部に囲われている部分の全体が前記筒状部で覆われている、電子源（ただし、前記孔内において前記柱状部の周辺部に、炭素粉体と有機接着剤の混合物が充填されている電子源を除く。）。

【請求項7】

前記第一材料がホウ化ランタン及びホウ化セリウムのいずれか一方である、請求項６に記載の電子源。

【請求項8】

前記第二材料が黒鉛である、請求項６又は７に記載の電子源。

【請求項9】

前記第二材料がガラス状カーボンである、請求項６又は７に記載の電子源。

【請求項10】

請求項６～９のいずれか一項に記載の電子源を備えるエミッター。

【請求項11】

請求項１０に記載のエミッターを備える装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電子源及びその製造方法、並びにエミッター及びこれを備える装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子源を備えるエミッターは、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。特許文献１に開示されたエミッターは、電子放射特性を有する第１の部材と、これを被覆する第２の部材とを有し、第１の部材と第２の部材との間に所定のサイズの溝が設けられている。特許文献２に開示された電子銃は、電子銃陰極と、これを保持する保持具とを含み、電子銃陰極はその先端に四角形の平坦面を有し、先端部が露出して保持具から突出している（特許文献２の図６参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－６９３６４号公報

【文献】特許第５５２５１０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電子源は極めて微細である。特許文献２の段落［００５５］には電子銃陰極の大きさが５０μｍ×５０μｍ×１００μｍであることが記載されている。このような微細な部品からなる電子源（電子銃）を製造するには熟練の技術が求められる。

【0005】

本開示は、微細な電子源を効率的に製造するのに有用な電子源の製造方法を提供する。また、本開示は、電子を放出する部材がこれを保持する部材から抜け落ちることを十分に抑制できる電子源及びこれを備えるエミッターを提供する。更に、本開示は上記エミッターを備える装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面に係る電子源の製造方法は、（Ａ）電子放出特性を有する第一材料で構成されている柱状部をそれぞれ備える複数の第一部材を準備する工程と、（Ｂ）第一材料よりも大きい仕事関数をそれぞれ有するとともに、一方の端面から他方の端面の方向に延びている孔がそれぞれ形成されている複数の第二部材を準備する工程と、（Ｃ）複数の第一部材から一つの第一部材を選択するとともに、複数の第二部材から一つの第二部材を選択する工程と、（Ｄ）選択された第二部材の孔に対し、選択された第一部材の前記柱状部を押し込む工程とを含み、複数の第一部材の柱状部は略四角形の断面形状をそれぞれ有し、複数の第二部材の孔は、略円形の断面形状をそれぞれ有し、（Ｃ）工程において、複数の第一部材及び複数の第二部材から、以下の条件を満たす一組の第一部材及び第二部材を選択し、（Ｄ）工程において、当該第二部材の孔に対して当該柱状部を押し込むことによって、当該柱状部の側面の一部が当該第二部材の孔の内面に当接した状態となって当該柱状部が当該第二部材に対して固定される。
＜条件＞
Ｌ_１／Ｒ_１＞１…（１）
不等式（１）において、Ｌ_１は略四角形の二本の対角線のうち長い方の対角線の長さを示し、Ｒ_１は孔の直径を示す。

【0007】

上記製造方法によれば、（Ｃ）工程において、複数の部材のうちから、サイズが合う第一部材及び第二部材を選択し、これらを使用して（Ｄ）工程を実施することで、上記のとおり、柱状部の側面の一部が第二部材の孔の内面に当接した状態となり、柱状部を第二部材に対して固定することができる。このため、電子源を製造するにあたり、部材のロスを十分に低減できる。すなわち、柱状部及び孔のサイズが合わないことに起因する製造上の不具合を十分に低減できる。かかる不具合として、例えば、第一部材の柱状部が第二部材の孔に入らないこと、柱状部が孔の内面に当接しないために孔から脱落することなどが挙げられる。

【0008】

第一部材の柱状部の断面形状は略四角形に限定されず、略三角形であってもよい。この場合、上記（Ｃ）工程において、複数の第一部材及び複数の第二部材から、以下の条件を満たす一組の第一部材及び第二部材を選択すればよい。
＜条件＞
略三角形の外接円の直径Ｒ_２が孔の直径Ｒ_１よりも大きく且つ孔の直径Ｒ_１と同じ直径の円の中に略三角形を配置したとき、略三角形の少なくとも二つの角が当該円に接する。

【0009】

本開示の一側面に係る電子源は、電子放出特性を有する第一材料で構成されている柱状部と、柱状部を囲うように配置されており、第一材料よりも仕事関数が大きい第二材料で構成されている筒状部とを備え、筒状部は、一方の端面から他方の端面の方向に延びており且つ略円形の断面形状を有する孔が形成されており、柱状部は、略三角形又は略四角形の断面形状を有し、孔の内面に当接した状態で筒状部に固定されている。

【0010】

上記電子源によれば、電子を放出する部材（柱状部）がこれを保持する部材（筒状部）から抜け落ちることを十分に抑制できる。当該電子源の先端部において、柱状部の電子放出面と筒状部の端面とによって平坦面が形成されていることが好ましい。かかる平坦面が形成されていることで、側方に電子が放出されることを十分に抑制することができる。

【0011】

本開示の一側面に係るエミッターは上記電子源を備える。本開示の一側面に係る装置は上記エミッターを備える。エミッター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。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、微細な電子源を効率的に製造するのに有用な電子源の製造方法が提供される。また、本開示によれば、電子を放出する部材がこれを保持する部材から抜け落ちることを十分に抑制できる電子源及びこれを備えるエミッターが提供される。更に、本開示によれば、上記エミッターを備える装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は本開示に係る電子源の一実施形態を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は図１に示す電子源の先端の構成を示す平面図である。

【図3】図３（ａ）は柱状部を備える第一部材を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す第一部材の先端部を示す平面図であり、図３（ｃ）は孔が形成されている第二部材を模式的に示す断面図である。

【図4】図４（ａ）～図４（ｃ）は図１に示す電子源を製造する過程を模式的に示す断面図である。

【図5】図５は第一部材の柱状部（断面形状：略正方形）と第二部材の孔の大小関係を示す平面図である。

【図6】図６は本開示に係るエミッターの一実施形態を模式的に示す断面図である。

【図7】図７は第一部材の柱状部（断面形状：略三角形）と第二部材の孔の大小関係を示す平面図である。

【図8】図８（ａ）は本開示に係る電子源の他の実施形態を模式的に示す断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のｂ－ｂ線における拡大断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）のｃ－ｃ線における拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

＜電子源＞
図１は本実施形態に係る電子源を模式的に示す断面図である。図２は図１に示す電子源１０の先端の構成を示す平面図である。電子源１０は、柱状部１と、柱状部１を囲うように配置された電子放出制限部材２とを備える。柱状部１は、電子放出特性を有する第一材料（電子放出材料）で構成されている。柱状部１の端面１ａが電子放出面であり、その法線が電子の放出方向である。他方、電子放出制限部材２は、第一材料よりも仕事関数が大きい第二材料（電子放出制限材料）で構成されている。電子放出制限部材２は、孔３が形成されている筒状部２ａと、孔３が形成されていない基端部２ｂとを有する。基端部２ｂは孔３の底３ａをなしている。孔３は、電子放出制限部材２の端面２ｃから他方の端面２ｄの方向に延びている。本実施形態において、孔３の開口面積は端面２ｃから端面２ｄに向けて一定である。

【0016】

図２に示すように、柱状部１は、電子放出制限部材２の孔３の断面形状と非相似の断面形状を有し、孔３の内面に当接した状態で電子放出制限部材２に固定されている。本実施形態においては、柱状部１の長手方向に直交する断面において、柱状部１の形状は略正方形であり、孔３の形状は略円形である。本実施形態は、柱状部１の強度が筒状部２ａの強度よりも高い場合を想定したものであり、柱状部１の側面の一部が筒状部２ａに食い込んだ状態で固定されている。電子源１０によれば、柱状部１が電子放出制限部材２から抜け落ちることを十分に抑制できる。なお、柱状部１の強度が筒状部２ａの強度よりも低い場合、第一部材１１の角部が削られて丸みを帯び、この角部が孔１３の内面に当接して柱状部１が電子放出制限部材２に固定される。

【0017】

電子源１０の先端面において、柱状部１の端面１ａ（電子放出面）と電子放出制限部材２の端面２ｃとによって平坦面が形成されている。また、柱状部１の側面の全体が筒状部２ａで覆われている。このように、柱状部１が筒状部２ａから突出していないことで、不要な電子の放出、すなわち、側方への電子の放出を十分に抑制することができる。例えば、より大電流の電子を得るためには電子源１０の先端部を１５５０℃程度の高温に加熱し且つ電子源１０に数ｋＶの高電界を印加する。このような高電界をかけると電子源の先端部分以外からも余剰な電子が発生し得る。この余剰電子は空間電荷効果により、先端部分からの電子ビームの輝度を低下させたり、周辺の電極部品の不要な加熱を引き起こしたりする可能性がある。これを防ぐために電子源１０の電子放出部（柱状部１の端面１ａ）のみを露出させ、それ以外の面を筒状部２ａで覆うことで、先端部分からの高輝度な電子ビームのみを得ることができる。なお、ここでいう「平坦面」は端面１ａと端面２ｃの段差が２μｍ未満であることを意味する。この段差が２μｍ未満である限り、柱状部１が筒状部２ａから突出していてもよく、端面１ａが端面２ｃに対して凹んでいてもよい。この段差は１．５μｍ未満又は１．０μｍ未満であってもよい。

【0018】

柱状部１の側面の全体を筒状部２ａで覆うことで、微小放電と称される現象が起こることを抑制できるという効果も奏される。すなわち、熱電子放出では電子源を高温に加熱することで電子が放出される。それに伴って電子放出材料が蒸発すると周辺の電極部品に付着し、ウィスカーと呼ばれる繊維状の結晶となる。このウィスカーに電荷が蓄積されると微小放電を引き起こされる。微小放電は電子ビームを不安定にさせ、装置性能を低下させる要因となる。柱状部１の側面の全体を筒状部２ａで覆うことで、昇華した電子放出材料が筒状部２ａにトラップされ、周辺電極部品への付着量を減らし、微小放電を起こしにくくすることができる。なお、筒状部２ａは、周方向の一部に切れ目を有するものではなく、柱状部１の側面の全体を覆っている。筒状部２ａが切れ目を有しないため、側方への電子の放出を十分に抑制することができる。

【0019】

（電子放出材料）
柱状部１は電子放出材料（第一材料）で構成されている。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。電子放出材料は、仕事関数が電子放出制限材料よりも小さく且つ強度が電子放出制限材料よりも高い。電子放出材料の例として、ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）、ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）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；イリジウムセリウムなどの貴金属－希土類系合金が挙げられる。これらの材料の仕事関数は以下のとおりである。
・ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）：２.８ｅＶ
・ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）：２.８ｅＶ
・炭化タンタル：３．２ｅＶ
・炭化ハフニウム：３．３ｅＶ

【0020】

電子放出特性、強度及び加工性の観点から、柱状部１を構成する電子放出材料は希土類ホウ化物であることが好ましい。柱状部１が希土類ホウ化物からなる場合、柱状部１は仕事関数が低く電子を放出しやすい＜１００＞方位が電子放出方向に一致するよう加工された単結晶体であることが好ましい。柱状部１は放電加工などによって所望の形状にすることができる。柱状部１の側面は、蒸発速度が遅くなると考えられることから、（１００）面の結晶面であることが好ましい。

【0021】

本実施形態において、柱状部１の形状は四角柱状である（図１，２参照）。柱状部１の長さは、好ましくは０．１～１ｍｍであり、より好ましくは０．２～０．６ｍｍであり、更に好ましくは０．３ｍｍ程度である。長さが０．１ｍｍ以上であることでハンドリングが良好となる傾向にあり、１ｍｍ以下であることでクラック等が入りにくくなる傾向にある。柱状部１の断面形状は略正方形である。その辺の長さは、好ましくは２０～３００μｍであり、より好ましくは５０～１５０μｍであり、更に好ましくは１００μｍ程度である。

【0022】

（電子放出制限材料）
電子放出制限部材２は電子放出制限材料で構成されている。電子放出制限材料は、仕事関数が電子放出材料よりも大きい。電子放出制限部材２で柱状部１の側面を覆うことによって柱状部１の側面からの電子の放出が抑制される。

【0023】

電子放出制限部材２の仕事関数Ｗ_２と柱状部１の仕事関数Ｗ_１の差（△Ｗ＝Ｗ_２－Ｗ_１）は、好ましくは０．５ｅＶ以上であり、より好ましくは１．０ｅＶ以上であり、更に好ましくは１．６ｅＶ以上である。

【0024】

電子放出制限材料は、高融点金属又はその炭化物を含むことが好ましく、金属タンタル、金属チタン、金属ジルコニウム、金属タングステン、金属モリブデン、金属レニウム、炭化タンタル、炭化チタン及び炭化ジルコニウムから少なくとも一つ以上を含むことが好ましい。また、電子放出制限材料は、炭化ホウ素と黒鉛（炭素材料）のうちの少なくとも一つ以上を含んでもよい。また、電子放出制限材料は、ニオブ、ハフニウム、バナジウムのうちの少なくとも一つ以上を含んでもよい。電子放出制限材料として、ガラス状カーボン（例えば、グラッシーカーボン（商品名、株式会社レイホー製作所製））を使用してもよい。これらの材料の仕事関数は以下のとおりである。
・金属レニウム：４．９ｅＶ
・炭化ホウ素：５．２ｅＶ
・黒鉛：５．０ｅＶ

【0025】

本実施形態では、電子放出制限材料の強度は、上述のとおり、電子放出材料の強度よりも低い。両材料の強度は、例えば、ビッカース硬度で評価することができる。適度な強度を有すること且つ加工性の観点から、電子放出制限部材２を構成する材料はビッカース硬度が１００ＨＶから１９００ＨＶ程度であることが好ましい。例えば、ガラス状カーボン（ビッカース硬度：２３０ＨＶ程度）は適度な強度を有する点で電子放出制限材料に適している。電子放出制限部材２の先端部２ｅ（筒状部２ａの一部）はテーパ状に加工され、残りの部分（筒状部２ａの残りの部分及び基端部２ｂ）は四角柱状に加工されている。電子放出制限部材２の先端部２ｅをテーパ状に加工することで、電界集中させやすく電子放出効率を高めることができるという効果が奏される。なお、電子放出制限部材２の周囲に支持部材（不図示）を設けてもよい。

【0026】

電子放出材料と電子放出制限材料は、例えば、両者の仕事関数及び強度の点から適宜選択し、組み合わせて使用すればよい。電子放出材料の好適な例として、ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）、ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）、炭化ハフニウム及びイリジウムセリウムが挙げられる。電子放出制限材料の好適な例として、金属レニウム、炭化ホウ素及び黒鉛(ガラス状カーボン含む)が挙げられる。なお、電子放出材料として使用可能な材料の一部は電子放出制限材料としても使用し得る。例えば、仕事関数が３．２～４．５ｅＶ程度の材料は電子放出材料及び電子放出制限材料の両方に使用し得る。かかる材料として、金属タングステン（仕事関数：４．５ｅＶ）、金属タンタル（仕事関数：３．２ｅＶ）、炭化ハフニウム（仕事関数：３．３ｅＶ）が挙げられる。

【0027】

＜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は以下の工程を経て製造される。
（Ａ）柱状の第一部材１１を複数準備する工程。
（Ｂ）第一部材１１よりも大きい仕事関数をそれぞれ有するとともに、一方の端面１２ａから他方の端面１２ｂの方向に延びている孔１３がそれぞれ形成されている複数の第二部材１２を準備する工程。
（Ｃ）複数の第一部材１１から一つの第一部材１１を選択するとともに、複数の第二部材１２から一つの第二部材１２を選択する工程。
（Ｄ）選択された第二部材１２の孔１３に対し、選択された第一部材１１を押し込む工程。
上記（Ｃ）工程において、複数の第一部材１１及び複数の第二部材１２から、以下の条件を満たす一組の第一部材１１及び第二部材１２を選択する。上記（Ｄ）工程において、選択した第二部材１２の孔１３に対し、選択した第一部材１１を押し込むことによって、第一部材１１の側面の一部が第二部材１２の孔１３の内面に当接した状態となって第一部材１１が第二部材１２に対して固定される。
＜条件＞
Ｌ_１／Ｒ_１＞１…（１）
第一部材１１の強度が第二部材１２の強度よりも高い場合、第二部材１２の孔１３に対して第一部材１１を押し込むことによって、第一部材１１の側面の一部が孔１３の内面を削り且つ第二部材１２に食い込んだ状態となって第一部材１１が第二部材１２に対して固定される（図５参照）。他方、第一部材１１の強度が第二部材１２の強度よりも低い場合、第二部材１２の孔１３に対して第一部材１１を押し込むことによって、第一部材１１の角部が削られて丸みを帯び、この角部が孔１３の内面に当接して第一部材１１が第二部材１２に対して固定される。なお、第一部材１１及び第二部材１２の強度は、例えば、ビッカース強度で評価することができる。

【0028】

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す第一部材１１は電子放出材料からなる。第一部材１１は電子放出材料のブロックから放電加工などによって得ることができる。第一部材１１は電子源１０の柱状部１となる部分である。

【0029】

図３（ｃ）に示す第二部材１２は電子放出制限材料からなる。第二部材１２は電子放出制限材料のブロックから放電加工などによって得ることができる。第二部材１２の孔１３は電子源１０の孔３となる部分である。孔１３の開口面積は端面１２ａから端面１２ｂに向けて一定である。

【0030】

図４（ａ）は、第二部材１２の孔１３に対して第一部材１１が押し込まれた状態を模式的に示す断面図である。図５は、第一部材１１の第一部材１１と第二部材１２の孔１３の大小関係を示す平面図である。第一部材１１の側面の一部（四つの角部１１ｃ）が第二部材１２に食い込んでいる。なお、図４（ａ）には第一部材１１が孔１３の奥にまで達している状態を図示したが、第一部材１１は孔１３の奥にまで達していなくてもよい。

【0031】

（Ｃ）工程において、以下の条件を満たす第一部材１１及び孔１３を有する第二部材１２を選択する。
＜条件＞
Ｌ_１／Ｒ_１＞１…（１）
不等式（１）において、Ｌ_１は第一部材１１の断面（略正方形）の対角線の長さを示し、Ｒ_１は孔１３の直径を示す。

【0032】

Ｌ_１／Ｒ_１の値は不等式（１ａ）を満たすことがより好ましく、不等式（１ｂ）を満たすことが更に好ましく、不等式（１ｃ）を満たすことが特に好ましい。
１＜Ｌ_１／Ｒ_１＜１．２…（１ａ）
１＜Ｌ_１／Ｒ_１＜１．１…（１ｂ）
１＜Ｌ_１／Ｒ_１＜１．０５…（１ｃ）

【0033】

図４（ｂ）に示された構造体１５Ａは、図４（ａ）において破線の四角で囲った部分を切り出すことによって得られたものである。構造体１５Ａにおいては、端面１２ａから第一部材１１が突出している。第一部材１１の突出部１１ａを例えば研磨紙で削ることによって端面１ａ（電子放出面）を形成するとともに、第二部材１２の外側を四角柱状に加工する。これにより、図４（ｃ）に示された四角柱体１５Ｂが得られる。四角柱体１５Ｂの一方の端部をテーパ状に加工することで、図１に示された電子源１０が得られる。なお、加工の順序はこれに限定されず、例えば、図４（ａ）に示された状態から、まず、突出部１１ａを削って平坦面を形成し、その後、図４（ａ）の破線の四角で囲った部分を切り出してもよい。また、加工後の第二部材１２の形状は四角柱状に限定されず、例えば、略円柱状の電子源において、ヒーターで挟む部分のみが平坦に加工されている形状であってもよい（図６参照）。

【0034】

上記製造方法によれば、（Ｃ）工程において、複数の部材のうちから、サイズが合う第一部材１１及び第二部材１２を選択し、これらを使用して（Ｄ）工程を実施することで、これらの部材のロスを十分に低減できる。すなわち、第一部材１１及び孔１３のサイズが合わないことに起因する製造上の不具合を十分に低減できる。かかる不具合として、例えば、第一部材１１が孔１３に入らないこと、第一部材１１が孔１３の内面に当接しないために孔１３から脱落することなどが挙げられる。

【0035】

上記製造方法によれば、第一部材１１の突出部１１ａを削る工程を経ることで、電子源１０の先端部において、柱状部１の端面１ａ（電子放出面）と筒状部２ａの端面２ｃとによって平坦面が形成される。筒状部２ａから柱状部１が突出していないことで、上述のとおり、不要な電子の放出、すなわち、側方への電子の放出を十分に抑制することができるとともに、ウィスカーの生成に起因する微小放電も抑制できる。

【0036】

＜エミッター＞
図６はエミッターの一例を模式的に示す断面図である。図６に示すエミッター２０は、電子源１０と、電子源１０の周囲に配置されたカーボンヒーター１６と、電極ピン１７ａ，１７ｂと、碍子１８と、サプレッサー１９とを備える。カーボンヒーター１６は電子源１０を加熱するためのものである。電極ピン１７ａ，１７ｂはカーボンヒーター１６に通電するためのものである。サプレッサー１９は余剰電流を抑制するためのものである。なお、カーボンヒーター１６の他の手段によって電子源１０が加熱される構成であってもよい。

【0037】

エミッター２０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。

【0038】

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、断面形状が略正方形の柱状部１を例示したが（図１，２参照）、柱状部１の断面形状は略正方形以外の略四角形であってもよく、例えば、略長方形、略ひし形、略平行四辺形であってもよい。

【0039】

第一部材１１の断面形状が略正方形以外の略四角形である場合、上記のＬ_１／Ｒ_１は以下の値を示す。
Ｌ_１：略四角形の二本の対角線のうち長い方の対角線の長さ
Ｒ_１：孔１３の直径

【0040】

柱状部１の断面形状が略三角形の電子源を製造する場合、（Ｃ）工程において、以下の条件を満たす第一部材１１及び孔１３（第二部材１２）を選択する。
＜条件＞
略三角形の外接円の直径Ｒ_２が孔の直径Ｒ_１よりも大きく且つ孔１３の直径Ｒ_１と同じ直径の円の中に略三角形を配置したとき、略三角形の少なくとも二つの角が当該円に接する。図７において、実線の円Ｒは直径Ｒ_１の円であり、一点鎖線の円Ｒ_Ｔは略三角形Ｔの外接円である。

【0041】

上記実施形態においては、孔３の開口面積がこれらの延在方向において一定である場合を例示したが、電子放出制限部材２の孔は端面２ｃから端面２ｄ側に向けて開口面積が小さくなる縮径部を有してもよい。図８（ａ）に示す電子源１０Ａは、孔の形状以外は電子源１０と同様の構成である。電子源１０Ａにおける孔４は、端面２ｃ側の孔４ａと、端面２ｄ側の孔４ｂと、これらを間のテーパ部４ｃ（縮径部）とによって構成されている。孔４ｂの内径は孔４ａの内径よりも小さい。この場合、図８（ｂ）に示すように、柱状部１が孔４ｂの内面を削って電子放出制限部材２に食い込んだ状態となって十分に固定されていれば、図８（ｃ）に示すように、孔４ａ内においては柱状部１が電子放出制限部材２に食い込んでいない状態であってもよい。なお、ここでは縮径部として内径が連続的に小さくなるテーパ部４ｃを例示したが、縮径部は内径が段階的に小さくなるものであってもよい。第二部材１２の孔もこれと同様に縮径部を有するものであってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本開示によれば、微細な電子源を効率的に製造するのに有用な電子源の製造方法が提供される。また、本開示によれば、電子を放出する部材がこれを保持する部材から抜け落ちることを十分に抑制できる電子源及びこれを備えるエミッターが提供される。更に、本開示によれば、上記エミッターを備える装置が提供される。

【符号の説明】

【0043】

１…柱状部、１ａ…端面（電子放出面）、２…電子放出制限部材、２ａ…筒状部、２ｂ…基端部、２ｃ…一方の端面、２ｄ…他方の端面、３，４，１３…孔、４ｃ…テーパ部（縮径部）、１０，１０Ａ…電子源、１１…第一部材（柱状部）、１１ａ…突出部、１１ｃ…角部、１２…第二部材、２０…エミッター

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】