发射器及具备其的装置的制作方法

1.本公开文本涉及释放电子的发射器及具备其的装置。


背景技术：

2.释放电子的发射器被用于例如电子显微镜及半导体检查装置。发射器具备电子源、和将电子源加热至电子源释放电子的温度的加热器。专利文献1中公开了下述结构的电子源：由稀土元素的六硼化物形成的电子放射材料(芯片)被一对发热体夹持，发热体被一对导电支柱夹持。在该电子源中，在发热体的未与电子放射材料及导电支柱接触的区域形成有绝缘性被覆。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2006-12496号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.对使专利文献1所公开的电子源实际地长期工作后的芯片进行观察时，在加热器的与导电支柱接触的附近确认到六硼化物的蒸镀。推测加热器中的与导电支柱的接触部附近由于向导电支柱的热传导而温度降低，因此从芯片蒸发的六硼化物未能再蒸发而蒸镀于该区域(参见图5的(b))。图5的(b)为示意性地示出在加热器15a、15b的附近蒸镀有构成电子源11的材料的状态的纵截面图。以覆盖导电支柱17a、17b的上表面和与之连续的、加热器15a、15b的上表面的一部分的方式附着有蒸镀物d。图5的(a)及图5的(b)中的箭头表示通电时的电流。在未附着有蒸镀物d的状态下，如图5的(a)所示，在加热器15a、15b中稳定地通电。与此相对，如图5的(b)所示，附着有蒸镀物d时，蒸镀物d阻碍加热器15a、15b中的稳定的电流。需要说明的是，在专利文献1所记载的发明中，通过在发热体的规定区域形成绝缘性被覆，从而抑制了由六硼化物的蒸镀导致的可靠性降低。
8.本公开文本提供即使在长期工作时也能够维持高可靠性的发射器及具备其的装置。
9.用于解决课题的手段
10.本公开文本的一个方面提供发射器。该发射器具备：第一加热器及第二加热器，所述第一加热器及第二加热器通过通电而发热；电子源，所述电子源由被第一加热器及第二加热器加热而释放电子的第一材料构成；和中间构件，所述中间构件分别介在于第一加热器及第二加热器与电子源之间，并且由热导率比第一材料低的第二材料构成。
11.本公开文本涉及的发射器中，在电子源与加热器之间设置有热导率比电子源(第一材料)低的中间构件(第二材料)。通过这样的构成，与不设置中间构件的情况相比，能够在使加热器的温度为更高的温度的条件下进行工作。由此，能够抑制构成电子源的材料蒸镀于加热器附近的情况本身，并且能够抑制由此导致的发射器的性能降低。因此，本公开文
本涉及的发射器能够在长时间内稳定地工作。中间构件的热导率优选为100w/m
·
k以下。本公开文本中的热导率是指依照jis r1611中记载的方法测定的20℃时的值。
12.本公开文本涉及的发射器是基于如下理念而作出的：一定程度地阻碍电子源被加热器高效地加热，另一方面，利用加热器的过剩的热抑制构成电子源的材料蒸镀于加热器附近(例如，夹持加热器的一对导电支柱)。为了有效地实现该理念，优选中间构件具有一定程度的体积并被配置在电子源与加热器之间。即，从加热器前往电子源时所通过的中间构件的最短路径的长度优选为100μm以上。
13.优选中间构件的电阻率与加热器的电阻率相比充分地小。中间构件的电阻率优选为300μω
·
m以下。通过使该值为300μω
·
m以下，能够抑制由通电导致的中间构件的过度的发热。加热器的电阻率优选为500μω
·
m以上。通过使该值为500μω
·
m以上，能够通过通电而使加热器充分地发热。本公开文本中的电阻率是指依照jis r7222中记载的方法测定的20℃时的值。
14.中间构件优选覆盖电子源中电子释放面以外的面。通过使电子源的电子释放面以外的面被中间构件覆盖，能够利用中间构件捕集通电时的电子源的蒸发物。即，至少能够抑制电子源的材料的蒸发物向加热器的方向扩散。因此，能够更进一步地高度抑制由构成电子源的材料的蒸镀导致的发射器的性能降低。
15.本公开文本的一个方面提供具备上述发射器的装置。作为具备发射器的装置，例如，可举出电子显微镜、半导体制造装置、检查装置及加工装置。
16.发明效果
17.根据本公开文本，可提供即使在长期工作时也能够维持高可靠性的发射器及具备其的装置。
附图说明
18.[图1]图1的(a)为示意性地示出本公开文本涉及的发射器的第一实施方式的纵截面图，图1的(b)为图1的(a)所示的发射器的横截面图。
[0019]
[图2]图2的(a)为示意性地示出本公开文本涉及的发射器的第二实施方式的纵截面图，图2的(b)为图2的(a)所示的发射器的横截面图。
[0020]
[图3]图3的(a)为示意性地示出本公开文本涉及的发射器的第三实施方式的纵截面图，图3的(b)为图3的(a)所示的发射器的俯视图。
[0021]
[图4]图4为示出实施例涉及的发射器的上表面温度的热成像相机图像。
[0022]
[图5]图5的(a)为示意性地示出比较例涉及的发射器的纵截面图，图5的(b)为示意性地示出在图5的(a)所示的发射器的加热器附近蒸镀有构成电子源的材料(硼化镧)的状态的纵截面图。
具体实施方式
[0023]
以下，参照附图对本公开文本的实施方式进行说明。在以下的说明中，对相同要素或具有相同功能的要素使用相同的附图标记，省略重复的说明。需要说明的是，本发明并不限定于以下的实施方式。
[0024]
《第一实施方式》
[0025]
图1的(a)为示意性地示出第一实施方式涉及的发射器的纵截面图，图1的(b)为图1的(a)所示的发射器的横截面图。这些图所示的发射器10具备：电子源1；通过通电而发热的一对加热器5a、5b(第一加热器及第二加热器)；配置在电子源1与加热器5a、5b之间的中间构件2a、2b；和以夹持这些构成的方式配置的一对导电支柱7a、7b。电子源1由通过被加热而释放电子的材料(第一材料)构成。中间构件2a、2b由热导率比构成电子源1的材料低的材料(第二材料)构成。加热器5a、5b用于对电子源1进行加热。一对导电支柱7a、7b用于保持电子源1等并且向加热器5a、5b通电。作为具备发射器10的装置，可举出电子显微镜、半导体制造装置、检查装置及加工装置。以下，对发射器10的各构成进行说明。
[0026]
(电子源)
[0027]
电子源1由具有电子释放特性的第一材料(电子释放材料)构成。电子源1的前端部1a被成型为圆锥状，从该前端部1a释放电子。本实施方式中，电子源1在发射器10的侧面10a、10b分别露出。
[0028]
本实施方式中，电子源1的前端部1a以外的部分的形状为四棱柱状(参见图1的(a)及图1的(b))。电子源1的长度例如为0.1～2mm，也可以为0.2～1.5mm或0.2～1mm。通过使长度为0.1mm以上，从而有变得好操作的倾向，通过使长度为2mm以下，从而有加热变得均匀的倾向。电子源1中的四棱柱部分的截面形状为大致正方形。其边长例如为0.02～1mm，也可以为0.05～0.5mm或0.05～0.15mm。
[0029]
作为电子释放材料的例子，可举出硼化镧(lab6)、硼化铈(ceb6)等稀土硼化物；钨、钽、铪等高熔点金属以及其氧化物、碳化物及氮化物；铱铈等贵金属-稀土系合金。
[0030]
从电子释放特性、强度及加工性的观点考虑，构成电子源1的电子释放材料优选为稀土硼化物。电子源1由稀土硼化物形成的情况下，电子源1优选为以容易释放电子的《100》方位与电子释放方向一致的方式加工而得到的单晶体。电子源1可以通过放电加工等而制成所期望的形状。电子源1的侧面被认为蒸发速度会变慢，因此优选为(100)面的晶面。
[0031]
构成电子源1的材料具有比构成中间构件2a、2b的材料高的热导率。构成电子源1的材料的热导率优选为5w/m
·
k以上，更优选为10w/m
·
k以上。通过使该材料的热导率为5w/m
·
k以上，从而有电子源1整体被来自加热器5a、5b的热充分均匀地加热的倾向。需要说明的是，该材料的热导率的上限值例如为200w/m
·
k。以下示出多种材料的热导率。
[0032]
·
硼化镧(lab6)：60w/m
·k[0033]
·
钨：177w/m
·k[0034]
电子源1的热导率的值te优选与中间构件2a、2b的热导率的值ti相比充分地大。电子源1的热导率的值te相对于中间构件2a、2b的热导率的值ti的比率(te/ti)例如为7～13，也可以为8～12或10～11。通过使该比率在这些范围内，能够使通电时的加热器5a、5b的温度适度地高。可以使通电时的加热器5a、5b的温度比电子源1的温度高例如150～250℃程度。由此，能够抑制构成电子源1的材料蒸镀于加热器5a、5b的附近。
[0035]
(中间构件)
[0036]
中间构件2a、2b以与电子源1的一对面1b、1c相接并且覆盖这些面的方式配置(参见图1的(b))。中间构件2a、2b在发射器10的侧面10a、10b分别露出。从加热器前往电子源时所通过的中间构件的最短路径的长度优选为100μm以上。即，本实施方式中，中间构件2a的厚度(电子源1与加热器5a的间隔距离)优选为100μm以上，也可以为100～1000μm或300～
800μm。
[0037]
中间构件2a、2b由热导率比构成电子源1的材料低的材料(第二材料)构成。构成中间构件2a、2b的材料的热导率例如为100w/m
·
k以下，优选为1～100w/m
·
k，更优选为1～60w/m
·
k。该值的下限值可以为2w/m
·
k，也可以为3w/m
·
k。该值的上限值可以为45w/m
·
k，也可以为40w/m
·
k。通过使该材料的热导率为1w/m
·
k以上，从而有来自加热器5a、5b的热充分传递至电子源1的倾向，另一方面，通过使该材料的热导率为100w/m
·
k以下，从而有加热器5a、5b与电子源1能够产生充分的温度差的倾向。
[0038]
构成中间构件2a、2b的材料优选包含高熔点金属或其碳化物，优选包含选自金属钽、金属钛、金属锆、金属钨、金属钼、金属铼、碳化钽、碳化钛及碳化锆中的至少一种以上。另外，该材料可以包含碳化硼和石墨(碳材料)中的至少一种以上，也可以包含铌、铪、钒中的至少一种以上。作为该材料，可以使用玻璃碳(例如，glassy carbon(商品名，株式会社reiho制作所制))。作为该材料，也可以使用氮化硼。以下示出多种材料的热导率。
[0039]
·
金属铼：48w/m
·k[0040]
·
碳化硼：35w/m
·k[0041]
·
石墨：80～250w/m
·k[0042]
·
玻璃碳：5.8w/m
·k[0043]
构成中间构件2a、2b的材料具有导电性。从抑制由于通电而使中间构件2a、2b过度发热的观点考虑，构成中间构件2a、2b的材料的电阻率优选比构成加热器5a、5b的材料低。构成中间构件2a、2b的材料的电阻率优选为300μω
·
m以下，更优选为100μω
·
m以下。通过使该材料的电阻率为300μω
·
m以下，从而有能够抑制由于通电而使中间构件2a、2b过度发热的倾向。需要说明的是，该材料的电阻率的下限值例如为0.1μω
·
m，也可以为0.3μω
·
m或1.0μω
·
m。以下示出多种材料的电阻率。
[0044]
·
金属铼：0.2μω
·m[0045]
·
石墨：5～15μω
·m[0046]
·
玻璃碳：42μω
·m[0047]
(加热器)
[0048]
加热器5a、5b由具有高电阻率的材料形成，通过通电而发热。构成加热器5a、5b的材料的电阻率优选为500～1000μω
·
m，更优选为600～900μω
·
m。通过使该材料的电阻率为500μω
·
m以上，从而有能够通过通电而将电子源1充分加热的倾向，另一方面，通过使该材料的电阻率为1000μω
·
m以下，从而有能够充分通电的倾向。作为构成加热器5a、5b的材料，可举出热解石墨、热压碳。需要说明的是，热解石墨的电阻率(代表性的值)为800μω
·
m。
[0049]
加热器5a、5b的电阻率的值rh优选与中间构件2a、2b的电阻率的值ri相比充分地大。加热器5a、5b的电阻率的值rh相对于中间构件2a、2b的电阻率的值ri的比率(rh/ri)例如为12～20，也可以为13～19或14～18。通过使该比率为12以上，从而有下述倾向：能够使通电时的加热器5a、5b的温度充分地高，能够抑制构成电子源1的材料蒸镀于加热器5a、5b的附近。另一方面，通过使该比率为20以下，从而有能够降低用于将加热器5a、5b加热的电力损耗的倾向。
[0050]
《第二实施方式》
[0051]
图2的(a)为示意性地示出第二实施方式涉及的发射器的纵截面图，图2的(b)为图2的(a)所示的发射器的横截面图。这些图所示的发射器20中，在电子源1的柱状部的四个侧面被中间构件2覆盖这一点上与第一实施方式涉及的发射器10不同。即，在第一实施方式中，在电子源1与加热器5a之间介在有中间构件2a，并且在电子源1与加热器5b之间介在有中间构件2b，与之相对，在本实施方式中，在电子源1与加热器5a、5b之间介在有中间构件2。通过使电子源1的柱状部的四个侧面被中间构件2覆盖，从而可实现能够抑制电子源的蒸发物的扩散、并且能够使电子源的加热均匀等效果。需要说明的是，中间构件2的材质可以与第一实施方式涉及的中间构件2a、2b的材质同样。
[0052]
《第三实施方式》
[0053]
图3的(a)为示意性地示出第三实施方式涉及的发射器的纵截面图，图3的(b)为图3的(a)所示的发射器的横截面图。这些图所示的发射器30中，中间构件3由柱状部3a、和圆锥状部分3b构成。在圆锥状部分3b的前端部设置有开口部4，在开口部4中插入有电子源1。电子源1的前端的面为电子释放面1f。需要说明的是，中间构件3的材质可以与第一实施方式涉及的中间构件2a、2b的材质同样。
[0054]
本实施方式中，电子源1的形状为四棱柱状(参见图3的(a)及图3的(b))。电子源1的长度例如为0.1～1mm，也可以为0.2～0.6mm或0.3mm。通过使长度为0.1mm以上，从而有变得好操作的倾向，通过使长度为1mm以下，从而有变得不易引入裂纹等的倾向。电子源1的截面形状为大致正方形。其边长例如为20～300μm，也可以为50～150μm或100μm。
[0055]
本实施方式中，中间构件3的柱状部3a的形状为四棱柱状(参见图3的(a)及图3的(b))。柱状部3a的截面形状为大致正方形。其边长例如为0.5～2mm，也可以为0.6～1mm或0.7～0.9mm。
[0056]
通过使电子源1的电子释放面以外的面被中间构件3覆盖，从而可抑制从电子释放面以外的面释放电子。电子源1的前端可以从中间构件3的圆锥状部分3b的前端突出，也可以不突出，优选不突出。通过使电子源1的前端不从中间构件3突出，能够充分地抑制不需要的电子的释放、即电子向侧方的释放。例如，为了获得更大电流的电子，将电子源1的前端部加热至1550℃左右的高温并且向电子源1施加数kv的高电场。若施加这样的高电场，则从电子源的前端部分之外也会产生多余的电子。该多余电子有可能由于空间电荷效应而降低来自前端部分的电子束的亮度、或者对周边的电极部件造成不必要的加热。为了防止上述情况，可以仅使电子源1的前端的面露出，用中间构件3覆盖除此以外的面，由此仅获得来自前端部分的高亮度的电子束。需要说明的是，电子源1的前端也可以相对于中间构件3的圆锥状部分3b的前端而凹陷。
[0057]
通过用中间构件3覆盖电子源1的整个侧面，从而还可实现能够抑制发生被称为微放电的现象这样的效果。即，在热电子释放中，通过将电子源加热至高温从而释放电子。与之相伴，电子释放材料蒸发时，附着于周边的电极部件，形成被称为晶须的纤维状晶体。若电荷在该晶须中蓄积，则会引起微放电。微放电成为使电子束不稳定、使装置性能降低的重要因素。通过用中间构件3覆盖电子源1的整个侧面，从而升华的电子释放材料被中间构件3捕集，能够减少向周边电极部件的附着量，从而不易发生微放电。需要说明的是，中间构件3覆盖电子源1的整个侧面，而并非在周向的一部分处具有切口。由于中间构件3不具有切口，因此能够充分地抑制电子向侧方的释放。
[0058]
以上，对本公开文本的实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，例示了具有截面形状为大致正方形的柱状部的电子源，但柱状部的截面形状也可以为大致正方形以外的大致多边形，例如，可以为大致长方形、大致菱形、大致平行四边形、大致三角形(例如，大致正三角形)、大致正六边形。第三实施方式中的开口部4的截面形状也可以不与电子源的截面形状一致，例如，可以为大致圆形、大致菱形、大致平行四边形、大致三角形(例如，大致正三角形)、大致正六边形。
[0059]
实施例
[0060]
以下，基于实施例及比较例来对本公开文本进行说明。需要说明的是，本发明并不限定于以下的实施例。
[0061]
(实施例)
[0062]
使用表1所示的材料制作与图1所示的发射器同样的构成的发射器。电子源的长度为约0.3mm，柱状部的一边的长度为约100μm。中间构件的厚度(电子源与加热器的间隔距离)设为300μm。
[0063]
[表1]
[0064][0065]
以电子源的温度成为1550℃的方式通过恒电流控制向发射器通电，结果加热器的温度为1768℃。图4为示出实施例涉及的发射器的上表面温度的热成像相机图像。根据本技术的发明人的研究，从防止硼化镧的蒸镀的观点考虑，优选将电子源加热至1550℃时，加热器的温度为1700～1800℃。
[0066]
(比较例)
[0067]
制作除了未在电子源与加热器之间配置中间构件之外与实施例同样的构成的发射器(参见图5的(a))。以电子源的温度成为1550℃的方式通过恒电流控制向发射器通电，结果加热器的温度为1634℃。
[0068]
产业上的可利用性
[0069]
根据本公开文本，可提供即使在长期工作时也能够维持高可靠性的发射器及具备其的装置。
[0070]
附图标记说明
[0071]1…
电子源，1f
…
电子释放面，2、2a、2b、3
…
中间构件，5a、5b
…
加热器，10、20、30
…
发射器。