电子源和使用它的电子束装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种即使在使用六硼化物的情况下，也能够长时间稳定地使用的电子源和使用它的电子束装置。电子源包括：金属制的灯丝(103)；金属管(112)，其被固定在灯丝(103)上，在外周具有以包围中心轴的方式配置在至少2轴方向上的多个凹部(117)；和柱状的六硼化物的针头(104)，其发射电子，从金属管(112)的内部向灯丝(103)的相反一侧突出地配置，且与金属管(112)的多个凹部(117)各自的底部接触。

Electron Source and Electron Beam Device Using It

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电子源和使用它的电子束装置
本专利技术涉及电子源和使用它的电子束装置。
技术介绍
作为电子显微镜等电子束装置中使用的电子源，有热电子源、场发射电子源、肖特基电子源等。在图1A～图1C中示出表示各电子源的工作原理的能量图。图1A所示的热电子源通过将加工为发夹状的钨(W)灯丝加热至2800K程度，使W固体内被热激励的电子超过W的功函数Φ(4.3～4.5eV)的势垒而将电子e导出至真空中。因为电子源被持续加热，所以没有电子源表面的污染，可以导出电流变动少的稳定的电子束。另一方面，因为电子源被加热至高温，所以发射电子的能量半宽值ΔE是3～4eV这样较宽，并且从被加热的部分整体发射电子，所以电子发射面积α较大，亮度B(单位面积、单位立体角的发射电流量)是105A/cm2sr程度这样较低。因此，也使用功函数Φ是2.6eV这样比W更低的LaB6等六硼化物电子源。LaB6热电子源因为功函数Φ较低，所以能够将工作温度降低至1700～1900K程度，因此能够将能量半宽值ΔE抑制为2～3eV，亮度B也能够提高至106A/cm2sr程度。专利文献1和2中，公开了对六硼化物加入而发射热电子的热电子源。这些电子源被用作虽然分辨能力低但易于使用且廉价的简易型电子显微镜用的电子源等。图1B所示的场发射电子源，因为能够发射单色性好且高亮度的电子束，所以被用作高分辨能力的电子显微镜用的电子源。场发射电子源中广泛使用使前端变尖的钨(W)针头。通过使外部电场E集中在W针头前端而施加高电场，使W针头内的电子e量子力学性地透过实质上变薄的真空势垒而向真空中发射。因为能够在室温下工作，所以抽出的电子e的能量半宽值ΔE是0.3eV程度这样较窄，并且因为从非常尖的针头前端的较小的电子发射面积α发射电子，所以具有亮度是108A/cm2sr这样较高的特征。为了在场发射电子源中也进一步使能量宽度ΔE变窄、提高亮度B，也提出了使用功函数Φ较低的LaB6等六硼化物的纳米线的场发射电子源(例如专利文献3)。因为与W相比功函数势垒更低，所以能够以更低电场使电子透过而进行场发射，能够进一步减小能量半宽值ΔE。另一方面，进行半导体器件的尺寸计测等的测长扫描电子显微镜中，如图1C所示使用将氧化锆(ZrO)涂敷在W针头上的肖特基电子源。肖特基电子源被持续加热至1800K程度，在W针头前端热扩散的ZrO使W针头表面的功函数Φ降低至2.6eV，并且越过被对针头前端施加的外部电场E和镜像势降低的功函数Φ的势垒(肖特基势垒)而发射热电子。肖特基电子源可以稳定地导出比场发射电子源更大的电流，但因为工作温度高，所以能量半宽值ΔE增大为0.5～1eV程度。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开昭56-30930号公报专利文献2：日本特开平01-7450号公报专利文献3：国际公开第2014/007121号
技术实现思路
专利技术要解决的课题热电子源和肖特基电子源被持续加热地使用。另一方面，在室温下使用的场发射电子源也在表面上吸附残留气体时，残留气体在电子发射表面上的吸附地点移动而使功函数变动，产生在发射电流中产生噪声等问题，所以需要定期的热闪蒸(或者退火，以下记为热闪蒸)。另外，为了防止对场发射电子源的气体吸附，也存在用作以1000～1300K程度的比较低的温度持续加热的热场发射电子源的情况。从而，电子源在灯丝自身是电子源的W热电子源以外，具有在能够全部加热的灯丝上接合了电子源的针头的结构。在图2中示出一般的电子源的结构。在芯柱101的2根电极针脚102上接合发夹型的灯丝103，进而在其前端接合了电子源的针头104。钨(W)的场发射电子源中，在W的发夹型灯丝上通过点焊接合W针头，通过实施对灯丝以数秒程度的短时间、2300～2800K以上的高温通电加热的闪蒸处理、或者以比其略低的温度加热数分钟程度的退火处理，而使电子源表面的气体脱离而清洁化。同样地，ZrO/W肖特基电子源中，也在W灯丝上通过点焊接合W针头，在W针头的根部涂敷ZrO粉末并持续加热至1800K使用。这些电子源中W灯丝和W针头都是金属材料，能够容易地点焊。另外，因为是同一元素，所以即使高温加热也不会发生接合部因金属间化合物生成等而劣化等问题。另一方面，将LaB6等六硼化物点焊在W灯丝上时，因加热而在六硼化物与W灯丝的点焊部形成金属间化合物，强度降低。另外，因为是热膨胀系数不同的异种材料的接合部，所以存在接合因热闪蒸引起的热应力导致的疲劳而破坏的可能性。为了解决该问题，在专利文献1中，公开了并非将六硼化物直接点焊在W灯丝上，而是在六硼化物与钽等支持金属之间设置过渡金属二硼化物等的反应阻挡层的结构。但是，在专利文献2中指出了因为反应阻挡层与六硼化物的结合力不充分，所以长时间使用时六硼化物针头易于脱落的课题。为了解决该问题，在专利文献2中，公开了在六硼化物上直接使碳等的反应阻挡层、和过渡金属硼化物等的中间层、支承金属层叠层，在该支持金属层上点焊W灯丝的例子。但是，该结构中，电子源与灯丝的接合部是5～数十μm程度的蒸镀膜或烧结膜、金属箔的叠层物，机械强度不充分，所以可能存在点焊W灯丝时对针头的损伤、和长时间使用时的接合部的劣化等课题。本专利技术的目的在于提供一种即使在使用六硼化物的情况下，也能够长时间稳定地使用的电子源和使用它的高亮度、高分辨的电子束装置。用于解决课题的方法作为用于达成上述目的的一个实施方式，采用一种电子源，其特征在于，包括：金属制的灯丝；金属管，其被固定在所述灯丝上，在外周具有以包围中心轴的方式配置在至少2轴方向上的多个凹部；柱状的六硼化物的针头，其发射电子，从所述金属管的内部向所述灯丝的相反一侧突出地配置，且与所述金属管的所述多个凹部各自的底部接触。另外，采用一种电子束装置，其特征在于，具有：所述电子源；载置样品的样品台；和电子光学系统，其使从所述电子源发射的电子对所述样品台上的样品照射。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供一种即使在使用六硼化物的情况下，也能够长时间稳定地使用的电子源和使用它的电子束装置。附图说明图1A是表示电子显微镜等电子束装置中使用的热电子源的工作原理的能量图。图1B是表示电子显微镜等电子束装置中使用的场发射电子源的工作原理的能量图。图1C是表示电子显微镜等电子束装置中使用的肖特基电子源的工作原理的能量图。图2是电子显微镜等电子束装置中使用的一般的电子源的结构图。图3是表示各实施例的电子源中使用的六硼化物单晶的晶体结构(单位晶格)的立体图。图4是表示各实施例的电子源中使用的六硼化物单晶的(013)面的原子结构的立体图。图5是表示从六硼化物单晶中沿着(013)结晶轴切割出四棱柱的针头104的状况的示意图。图6是用于说明实施例1的电子源中的金属管的制作方法的工序流程图，左上图表示准备金属片的工序，右上图表示从金属片制作半无缝管的工序，下图是使半无缝管成为较细的金属管、制作要求的长度的金属管的工序。图7是制造实施例1的电子源的工序中的金属管与六硼化物针头的组装配置图。图8是用于说明制造实施例1的电子源的工序中的金属管与六硼化物针头的接合方法的图。图9是用于说明制造实施例1的电子源的工序中的金属管与六硼化物针头的接合结构的图，上图是金属管与六硼化物针头的接合部处的横截面图，左下图是表示金属管与六硼化物针头的接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子源，其特征在于，包括：金属制的灯丝；金属管，其被固定在所述灯丝上，在外周具有以包围中心轴的方式配置在至少2轴方向上的多个凹部；和柱状的六硼化物的针头，其发射电子，从所述金属管的内部向所述灯丝的相反一侧突出地配置，且与所述金属管的所述多个凹部各自的底部接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.28 JP 2017-0358821.一种电子源，其特征在于，包括：金属制的灯丝；金属管，其被固定在所述灯丝上，在外周具有以包围中心轴的方式配置在至少2轴方向上的多个凹部；和柱状的六硼化物的针头，其发射电子，从所述金属管的内部向所述灯丝的相反一侧突出地配置，且与所述金属管的所述多个凹部各自的底部接触。2.一种电子源，其特征在于，包括：金属制的灯丝；金属管，其被固定在所述灯丝上，在外周具有以包围中心轴的方式配置在至少2轴方向上的多个凹部；石墨片或铼箔，其配置在所述金属管的内侧；和柱状的六硼化物的针头，其发射电子，从所述金属管的内部向所述灯丝的相反一侧突出地配置，且与在所述金属管的所述多个凹部各自的底部配置的所述石墨片或所述铼箔接触。3.一种电子源，其特征在于，包括：金属制的灯丝；金属管，其被固定在所述灯丝上，在外周具有以包围中心轴的方式配置在至少2轴方向上的多个凹部；和柱状的六硼化物的针头，其发射电子，从所述金属管的内部向所述灯丝的相反一侧突出地配置，被玻璃碳或玻璃碳与硼化碳的混合物包覆，且与所述金属管的所述多个凹部接触。4.如权利要求1所述的电子源，其特征在于：所述金属管与所述灯丝通过点焊接合。5.如权利要求1所述的电子源，其特征在于：所述金属管在...

【专利技术属性】
技术研发人员：楠敏明，糟谷圭吾，大嶋卓，桥诘富博，荒井纪明，小瀬洋一，
申请(专利权)人：株式会社日立高新技术，
类型：发明
国别省市：日本,JP