JP3579464B2 - Micro electron gun and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、マイクロ電子銃及びその製造方法に係り、特に微小冷陰極をエミッタとして用いたマイクロ電子銃(微小電界放射電子銃)及びその製造方法に関する。
【0002】
近年、固体素子の速度限界を克服するため、半導体の微細加工技術を応用して微小な真空管を作る試みに端を発し、微小な冷陰極を多数配列、集積化したフラットディスプレイや微小な電子鏡筒の開発が進められている。
【0003】
一方、微小冷陰極をマイクロ電子銃としてSEM(Scanninng Electron Microscope )等の分析装置や検査装置に適用する場合には、数keVといった高いエネルギーを有する電子を放出できることが望ましい。
【0004】
そこで、そのような高エネルギーの電子を放出することが可能で、一度に多数製造することが可能なマイクロ電子銃及びその製造方法の開発が要望されている。
【0005】
【従来の技術】
微小冷陰極をマイクロ電子銃としてSEM等の分析装置や検査装置に適用する場合には、マイクロ電子銃から放出される電子は数keVといった高いエネルギーをもっていることが望まれる。
【0006】
ところで、従来においては、半導体の微細加工技術だけを用いて数keVのエネルギーを有するマイクロ電子銃を構成することは困難であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、マイクロ電子銃のうちエミッタからゲート電極まで(低エネルギーの電子を放出する部分)を半導体微細加工技術を応用して形成し、さらに別体として、放出された電子を加速するための加速電極及びエミッタからゲート電極までと加速電極とを絶縁するための絶縁体を用意し、それらを接合して一体に形成することによりマイクロ電子銃を製造することが考えられる。
【0008】
このような場合に、生産性やコスト等の観点からは、一度に多数のマイクロ電子銃を製造できることが望ましい。
しかしながら現状においては、多数のマイクロ電子銃を一度に製造することは困難である。
【0009】
より具体的には、多数のマイクロ電子銃を一度に製造する場合、マイクロフィールドエミッタチップ、絶縁体及び加速電極をウェハ状態で接合することが必要となるが、一個のマイクロ電子銃を製造する場合と同様な加工形状や接合方法を適用することができない。
【0010】
これは、マイクロフィールドエミッタチップ、絶縁体及び加速電極の接合において位置ずれ等を起こさないようにするとともに、全ての接合を確実に行わなければならないからである。
【0011】
さらにマイクロ電子銃として切出すためのダイシング方法等も新たに考慮しなければならない。
そこで、本発明の目的は、一度に多数製造することが可能なマイクロ電子銃及びその製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、基板と、前記基板上に形成された複数のエミッタと、前記基板上に形成され、前記エミッタからの電子を通過させるための第1の貫通孔を有する第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層上に形成され、前記電子を通過させるための第1の開口部を有し、ゲート電圧が供給されるゲート電極を形成するゲート電極層と、前記ゲート電極上に形成されるとともに、前記電子を通過させるための第2の貫通孔であって、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた第2の貫通孔を有し、膜厚が10μmよりも厚い第2の絶縁層と、前記第2の絶縁層上に形成され、前記電子を通過させるための第2の開口部を有し、該電子を加速するための加速電圧が供給される加速電極層と、を備え、前記第2の絶縁層はガラス板で構成されるとともに、前記加速電極層に設けられた前記第2の開口部は前記複数のエミッタの各々に対応して設けられ、各々、エミッタの配置位置に対応する位置に形成されている構成を有している。
【0013】
請求項2記載の発明は、前記ゲート電極が前記複数のエミッタの各々に対応付けて、複数設けられた構成となっている。
【0014】
請求項3記載の発明は、基板と、前記基板上に形成され、電子ビームを放出する複数のエミッタと、第1の面において前記基板に陽極接合法により接合され、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた第2の貫通孔を有する絶縁体板と、前記複数のエミッタが形成された基板上に配設され、前記基板と前記絶縁体板とを接合する際に接合用電圧が印加される複数の電極パッドと、前記絶縁体板の前記第1の面とは反対側の第2の面に形成されるとともに、前記複数のエミッタの各々の配置位置に対応する位置に複数設けられた開口部を有し、前記電子ビームを加速する加速電極層と、を備えたマイクロ電子銃であって、前記絶縁体板と前記加速電極層は前記電子ビームを通過させるとともに、前記電極パッドはゲート電極として作用する構成を有している。
【0015】
請求項4に記載の発明は、複数のエミッタおよびゲート電圧を供給するためのゲート電極、接合用電極を有するマイクロフィールドエミッタチップと、該接合用電極に接合用電圧を印可するための電極パッドと、を第1のウェハ上に形成するエミッタチップ形成工程と、第2のウェハ上に前記エミッタから放出された電子を加速するための加速電極であって、前記複数のエミッタの各々の配置位置に対応する位置に複数の開口部が設けられた加速電極を形成する加速電極形成工程と、前記電子を通過させるための開口部若しくは切り欠き部であって、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、陽極接合法により前記第1のウェハと前記絶縁体とを接合する第1接合工程と、陽極接合法により前記第2のウェハと前記絶縁体とを接合する第2接合工程と、個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する切出工程と、を含む構成を有している。
【0016】
請求項5記載の発明は、導電性ウェハ上に複数のエミッタおよびゲート電圧が供給されるゲート電極、接合用電極を有するマイクロフィールドエミッタチップを形成するエミッタチップ形成工程と、ウェハ上に前記エミッタから放出された電子を加速するための加速電極であって、前記複数のエミッタの各々の配置位置に対応する位置に複数の開口部が設けられた加速電極を形成する加速電極形成工程と、前記電子を通過させるための開口部若しくは切り欠き部であって、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、陽極接合法により前記導電性ウェハと前記絶縁体とを接合する第1接合工程と、陽極接合法により前記ウェハと前記絶縁体とを接合する第2接合工程と、個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する切出工程と、を含む構成を有している。
【0017】
請求項6に記載の発明は、複数のエミッタおよびゲート電圧を供給するためのゲート電極として作用する接合用電極を有するマイクロフィールドエミッタチップと、該接合用電極に接合用電圧を印可するための電極パッドと、を第1のウェハ上に形成するエミッタチップ形成工程と、第2のウェハ上に前記エミッタから放出された電子を加速するための加速電極であって、前記複数のエミッタの各々の配置位置に対応する位置に複数の開口部が設けられた加速電極を形成する加速電極形成工程と、前記電子を通過させるための開口部若しくは切り欠き部であって、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、陽極接合法により前記第1のウェハと前記絶縁体とを接合する第1接合工程と、陽極接合法により前記第2のウェハと前記絶縁体とを接合する第2接合工程と、個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する切出工程と、を含む構成を有している。
【0018】
請求項7に記載の発明は、導電性ウェハ上に複数のエミッタおよびゲート電圧が供給されるゲート電極として作用する接合用電極を有するマイクロフィールドエミッタチップを形成するエミッタチップ形成工程と、ウェハ上に前記エミッタから放出された電子を加速するための加速電極であって、前記複数のエミッタの各々の配置位置に対応する位置に複数の開口部が設けられた加速電極を形成する加速電極形成工程と、前記電子を通過させるための開口部若しくは切り欠き部であって、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、陽極接合法により前記導電性ウェハと前記絶縁体とを接合する第1接合工程と、陽極接合法により前記ウェハと前記絶縁体とを接合する第2接合工程と、個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する切出工程と、を含む構成を有している。
【0022】
【作用】
請求項1に記載の発明によれば、複数のエミッタを有する基板上に絶縁層、ゲート電圧層を備え、さらにゲート電圧層の上に、絶縁層と加速電極層を備えた構造を有している。これにより、大量生産が容易になるととともに、充分な加速電圧を得ることができる。また、電極にゲート電極を用いているので、構造が簡略化される。更に、基板に接合される第2の絶縁層には、上記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた第2の貫通孔が設けられるとともに、加速電極層に設けられた第2の開口部は複数のエミッタの各々に対応して設けられ、各々、エミッタの配置位置に対応する位置に形成されている。このため、各エミッタから射出されるビームのビーム径を絞り込むことが可能となるとともに、排気コンダクタンスの向上を図ることが可能となる。
【0023】
請求項2に記載の発明によれば、各エミッタに対応してゲート電極が設けられているため、各エミッタに対して個別にゲート電圧を印可することが可能となり、もって、各エミッタを個別に駆動することが可能となる。
【0024】
請求項3に記載の発明によれば、エミッタを有する基板上にゲート電極として使用する電極パッドを備え、当該基板と加速電極との間に絶縁体板が接合された構造を有している。これにより、大量生産が容易になるととともに、充分な加速電圧を得ることができる。また、電極パッドにゲート電極を用いているので、構造が簡略化される。更に、基板上に接合される絶縁体板には、上記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた第2の貫通孔が設けられるとともに、加速電極層には複数のエミッタの各々に対応して開口部が設けられ、各々、エミッタの配置位置に対応する位置に形成されている。このため、各エミッタから射出されるビームのビーム径を絞り込むことが可能となるとともに、排気コンダクタンスの向上を図ることが可能となる。
【0025】
請求項4に記載の発明によれば、エミッタチップ形成工程によって複数のエミッタおよびゲート電圧を供給するためのゲート電極、接合用電極を有するマイクロフィールドエミッタチップと、該接合用電極に接合用電圧を印可するための電極パッドと、第1のウェハ上に形成し、加速電極形成工程によって第2のウェハ上に加速電極を形成するとともに、絶縁体形成工程によって開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成し、第1接合工程によって第1のウェハと前記絶縁体とを、第2接合工程によって第2のウェハと絶縁体とをそれぞれ接合し、切出工程によって個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する。
【0026】
この結果、マイクロフィールドエミッタチップと絶縁体およびこの絶縁体と加速電極が接合されたマイクロ電子銃を製造することができるので、大量生産が容易になるととともに、充分な加速電圧を得ることができるマイクロ電子銃を製造することができる。また、切出工程によって個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する。ので、個々のマイクロ電子銃モジュールチップを製造することができるので、生産性を向上させることができる。更に、当該マイクロ電子銃は、基板上に接合される絶縁体に上記複数のエミッタの配置位置全体に対応して開口部若しくは切り欠き部が設けられるとともに、加速電極には複数のエミッタの各々に対応して開口部が設けられ、各々、エミッタの配置位置に対応する位置に形成されるため、各エミッタから射出されるビームのビーム径を絞り込むことが可能となるとともに、排気コンダクタンスの向上を図ることが可能となる。
【0027】
請求項5に記載の発明によれば、エミッタチップ形成工程によって導電性ウェハ上にマイクロフィールドエミッタチップを形成し、加速電極形成工程によってウェハ上に加速電極を形成するとともに、絶縁体形成工程によって開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成し、第1接合工程によって導電性ウェハと前絶縁体とを、第2接合工程によってウェハと絶縁体とをそれぞれ接合し、切出工程によって個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する。
【0028】
この結果、マイクロフィールドエミッタチップと絶縁体およびこの絶縁体と加速電極が接合されたマイクロ電子銃を製造することができるので、大量生産が容易になるととともに、充分な加速電圧を得ることができるマイクロ電子銃を製造することができる。また、切出工程によって個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する。ので、個々のマイクロ電子銃モジュールチップを製造することができるので、生産性を向上させることができる。更に、当該マイクロ電子銃は、基板上に接合される絶縁体に上記複数のエミッタの配置位置全体に対応して開口部若しくは切り欠き部が設けられるとともに、加速電極には複数のエミッタの各々に対応して開口部が設けられ、各々、エミッタの配置位置に対応する位置に形成されるため、各エミッタから射出されるビームのビーム径を絞り込むことが可能となるとともに、排気コンダクタンスの向上を図ることが可能となる。
【0029】
請求項6に記載の発明によれば、エミッタチップ形成工程によって複数のエミッタおよびゲート電圧を供給するためのゲート電極として作用する接合用電極を有するマイクロフィールドエミッタチップと、該接合用電極に接合用電圧を印可するための電極パッドと、第1のウェハ上に形成し、加速電極形成工程によって第2のウェハ上に加速電極を形成するとともに、絶縁体形成工程によって開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成し、第1接合工程によって第1のウェハと前記絶縁体とを、第2接合工程によって第2のウェハと絶縁体とをそれぞれ接合し、切出工程によって個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する。
【0030】
請求項7に記載の発明によれば、エミッタチップ形成工程によって導電性ウェハ上にマイクロフィールドエミッタチップを形成し、加速電極形成工程によってウェハ上に加速電極を形成するとともに、絶縁体形成工程によって開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成し、第1接合工程によって導電性ウェハと前絶縁体とを、第2接合工程によってウェハと絶縁体とをそれぞれ接合し、切出工程によって個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する。
【0040】
【実施例】
次に図面を参照して本発明の好適な実施例を説明する。
第1実施例
本第1実施例はゲート電極を接合用電極とし、接合時にウェハ上の2点(給電パッド)から給電する場合の実施例である。
【0041】
a)マイクロフィールドエミッタチップの作製(図40ステップS1相当)
マイクロフィールドエミッタチップは、半導体微細加工技術を用いて作製する。
【0042】
図1に4個のエミッタを有するマイクロフィールドエミッタチップを多数形成したシリコン(Si)ウェハの外観斜視図を示す。
シリコンウェハ1上には、多数のマイクロフィールドエミッタチップ2、接合用の電流を流すための第1給電パッド3、第2給電パッド4及び接合時の位置合せを行うための第1位置合せマーク5、第2位置合せマーク6が形成されており、各マイクロフィールドエミッタチップ2及び第1給電パッド3あるいは第2給電パッド4のいずれか一方に給電パターン7を介して接続されている。この場合において、シリコンウェハ1としては、例えば径3インチ、厚さ500μmのものを用いている。
【0043】
各マイクロフィールドエミッタチップ2(約3×3mm角)は、図2及び図3に示すようにシリコン基板上におよそ500μm間隔で形成された4個のエミッタ10とシリコン基板上に絶縁体としての酸化シリコン(SiO)12を介してゲート電極11が設けられている。
【0044】
エミッタ10としては、シリコン(Si)製に限られず、タングステン(W)製、ニッケル(Ni)製、金(Au)製等のスピント型のエミッタを用いることも可能である。
【0045】
図1に示すように、第1位置合せマーク5は、シリコンウェハ1の中心から30〜35mmの位置に形成され、第2位置合せマーク6は、シリコンウェハ1の中心から20〜25mmの位置に形成される。形成方法としては、エミッタチップ用マスクの露光時に同時にパターニングすることにより行う。
【0046】
また、シリコンウェハ1の裏面側にはAl膜を形成しておく。
全てのマイクロフィールドエミッタチップ2の各ゲート電極11には、第1給電パッド3あるいは第2給電パッド4のいずれか一方が給電パターン7を介して接続されているが、最終工程において各チップ単位に切出す際に、各ゲート電極11と、当該ゲート電極11に接続されていたいずれかの給電パッドと、は分離されるような構造となっている。
【0047】
エミッタ10としては、シリコン(Si)製に限られず、タングステン(W)製、ニッケル(Ni)製、金(Au)製等のスピント型のエミッタを用いることも可能である。
【0048】
b)絶縁層ガラス板の作製(図40ステップS2相当)
絶縁層ガラス板についても半導体微細加工技術を応用して行う。
図4に絶縁体としての絶縁層ガラス板を多数形成したガラス板の外観斜視図を示す。
【0049】
ガラス板20上には多数の絶縁層ガラス板21及び第3位置合せマーク22が形成されている。この第3位置合わせマーク22は、第2位置合わせマーク6に対応する位置に形成されている。
【0050】
さらにガラス板20上には、図5に示すように、マイクロ電子銃の完成時にエミッタから放出された電子を通過させるための第1開口部23と、マイクロ電子銃の完成時に各マイクロフィールドエミッタチップのゲート電極11と給電ワイヤとを接続可能な状態とすべく切り欠き部となる第2開口部24と、が形成されている。
【0051】
このガラス板20の大きさとしては、マイクロフィールドエミッタチップ2が形成されているシリコンウェハの接合面であるゲート電極給電用の給電パッドを覆うことなく、シリコンウェハと後述の加速電極とを位置合わせするための第1位置合わせマーク5を覆うことがない大きさに設定している。例えば、50mm×50mmで厚さ100μmのものを用いる。
【0052】
上記第3位置合わせマーク22、第1開口部23及び第2開口部24はサンドブラスト加工により形成する。
図6に絶縁層ガラス板21の外観斜視図を示す。
【0053】
絶縁層ガラス板21は、矩形状の第1開口部23と、第2開口部24(図5参照)から形成される切り欠き部25と、を備えている。
c)加速電極の作製(図40ステップS3相当)
加速電極の作製は、マイクロフィールドエミッタチップの作製と同様に半導体微細加工技術を用いて行う。
【0054】
図7に加速電極用シリコンウェハの非接合面側の外観斜視図を示す。
加速電極用シリコンウェハ30は、多数の加速電極31と、個々の加速電極31に切断し分離する際に用いるスクライブ用ライン32と、接合用電流を供給する接合用電極を挿入するための第3開口部33と、接合時の位置合せを行うための第4位置合せマーク34と、接合用電流を供給する接合用電極を挿入するための第4開口部35と、接合時の位置合せを行うための第5位置合せマーク36と、を備えている。この場合において、シリコンウェハ30としては、例えば径3インチ、厚さ200μmのものを用いている。
【0055】
各加速電極31(約3×3mm角)は、図8及び図9に示すように、マイクロフィールドエミッタチップ2に設けた4個のエミッタ10(図2及び図3参照)のそれぞれに対応して設けられ、加速した電子を通過させる4個の第6開口部38と、マイクロ電子銃の完成時に各マイクロフィールドエミッタチップのゲート電極11と給電ワイヤとを接続可能な状態とすべく第2切り欠き部39(図9参照)となる第5開口部37と、を備えている。
【0056】
図10に加速電極用シリコンウェハの接合面側の外観斜視図を示す。
加速電極用シリコンウェハ30は、接合用電流を供給する接合用電極を挿入するための第3開口部33と、接合時の位置合せを行うための第6位置合せマーク40と、接合用電流を供給する接合用電極を挿入するための第4開口部35と、接合時の位置合せを行うための第7位置合せマーク41と、を備えている。
【0057】
ここで、加速電極をシリコンウェハに形成する方法について説明する。
まず、両面マスクアライナを用いてシリコンウェハの一方の面に第4位置合わせマーク34、第5位置合わせマーク36及びスクライブ用ライン32を形成し、他方の面に第6位置合わせマーク40及び第7位置合わせマーク41を形成する(図11(a)参照)。
【0058】
この場合において、第4位置合わせマーク34及び第7位置合わせマーク41はシリコンウェハを挟んで対応する位置に形成され、第5位置合わせマーク36及び第6位置合わせマーク40はシリコンウェハを挟んで対応する位置に形成される。
【0059】
次に第4位置合わせマーク34及び第5位置合わせマーク36を用いて当該位置合わせマーク34、36が設けられた面側にSiO2 のエッチングマスクを形成し、第6位置合わせマーク40及び第7位置合わせマーク41を用いて当該位置合わせマーク40、41が設けられた面側にSiO2 のエッチングマスクを形成する(図11(b)参照)。
【0060】
つづいて、KOH等のアルカリ性エッチング溶液を用いて、Siをエッチングすることにより、第3開口部33、第4開口部35、第5開口部37および第6開口部38を形成する(図11(c)参照)。
【0061】
そしてHF緩衝液を用いてSiO2 のエッチングマスクを除去し、加速電極の形成を終了する(図11(d)参照)。
ところで、加速電極材料としてはシリコンに限られることなく、たとえば、Mo、Cr、Ta、Ti、kovar、Ge、GaAs等のウェハあるいは板材でもよい。
【0062】
d)マイクロフィールドエミッタチップ(シリコンウェハ)と絶縁層ガラス板(ガラス板)の接合(図40ステップS4相当)
次にマイクロフィールドエミッタチップと絶縁層ガラス板の接合について図12を参照して説明する。
【0063】
マイクロフィールドエミッタチップと絶縁層ガラス板の接合は、陽極接合法を用いて行う。
まず、シリコンウェハ1の第2位置合わせマーク6とガラス板20の第3位置合わせマーク22を用いて位置合わせを行う。
【0064】
つづいて、真空ポンプにより1×10−5Torr程度に真空排気し、シリコンウェハ1とガラス板20の接合面が300℃程度になるようにヒータ51により加熱しつつ、シリコンウェハ1上の第1給電パッド3及び第2給電パッド4を直流電源50の陽極に接続し、ガラス板を陰極に接続して300ボルト程度の電圧を10分程度印加する。
【0065】
これによりシリコンウェハ1上のゲート電極11と絶縁層ガラス板21の接合が行われる。
図13に接合後のマイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板の外観斜視図を示す。
【0066】
e)マイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板と加速電極(シリコンウェハ)の接合(図40ステップS5相当)
次にマイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板と加速電極の接合について図14を参照して説明する。
【0067】
マイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板と加速電極の接合は陽極接合法を用いて行う。
まず、シリコンウェハ1の第1位置合わせマーク6と加速電極用シリコンウェハ30の第4位置合わせマーク34を用いて位置合わせを行う。
【0068】
つづいて、真空ポンプにより1×10−5Torr程度に真空排気し、シリコンウェハ1とガラス板20の接合面が300℃程度になるように加熱し、シリコンウェハ1上の第1給電パッド3及び第2給電パッド4を第3開口部33及び第4開口部35を介して直流電源50の陽極に接続し、ガラス板を陰極に接続して300ボルト程度の電圧を10分程度印加する。
【0069】
これにより加速電極31と絶縁層ガラス板21の接合が行われる。
図15に接合後のマイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板/加速電極の外観斜視図を示す。
【0070】
f)マイクロ電子銃モジュールチップの切出し(図40ステップS6相当)
マイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板/加速電極の接合が終了すると、加速電極用シリコンウェハ30上のスクライブ用ライン32を用いて図16に示すようなマイクロ電子銃モジュールチップ100としてカッティング(スクライビング)する。
【0071】
g)マイクロ電子銃パッケージへの接合(図40ステップS7相当)
次に切出されたマイクロ電子銃モジュールチップ100の組み立てについて図17を参照して説明する。
【0072】
マイクロ電子銃のパッケージとしては、例えば、「TO−5」型の金属パッケージを用いる。
まず、「TO−5」型の金属パッケージの表面に金(Au)をコーティングし、切出されたマイクロ電子銃モジュール100をコーティング面に載置させ、マイクロフィールドエミッタチップのシリコン基板の裏面に形成したAl膜の接合面の温度が600℃になるように加熱する。
【0073】
この結果、AlとAuの共晶が形成され、接合される。
h)給電ワイヤの接続(図40ステップS8相当)
次に加速電極31、4個のゲート電極11のそれぞれと「TO−5」型の金属パッケージの端子を給電ワイヤ52により接続する。
【0074】
以上の様な工程によりマイクロ電子銃を一度に多量に製造することが可能となる。
本第1実施例のマイクロ電子銃によれば、放出電子に充分な加速電圧を与えることが可能であり、取扱も容易となる。さらに生産性が高く製造コストを低減することができる。
【0075】
上記第1実施例においては、第3開口部33及び第4開口部35を介して直流電源50の陽極を接続していたが、これらの開口部に代えて、加速電極用シリコンウェハに切り欠き部を設け、同様に直流電源50の陽極を接続するように構成することも可能である。
第2実施例
本第2実施例はゲート電極とは別に接合用電極を設け、接合時にウェハの裏面から給電する場合の実施例である。
【0076】
a)マイクロフィールドエミッタチップの作製(図40ステップS1相当)
図18に4個のエミッタを有するマイクロフィールドエミッタチップを多数形成したシリコン(Si)ウェハの外観斜視図を示す。
【0077】
シリコンウェハ60上には、多数のマイクロフィールドエミッタチップ61、接合時の位置合せを行うための第1位置合せマーク62、第2位置合せマーク63、接合用の電流を流すための第1シリコン露出面64及第2シリコン露出面65が形成されており、各マイクロフィールドエミッタチップ2及び第1シリコン露出面64あるいは第2シリコン露出面65のいずれか一方に給電パターン66を介して接続されている。この場合において、シリコンウェハ60としては、例えば径3インチ、厚さ500μmのものを用いている。
【0078】
各マイクロフィールドエミッタチップ61(約3×3mm角)は、図19及び図20に示すようにシリコン基板上におよそ500μm間隔で形成された4個のエミッタ70とシリコン基板上に絶縁体としての酸化シリコン(SiO)73を介してゲート電極71及び接合用電極72が設けられている。
【0079】
エミッタ70としては、シリコン(Si)製に限られず、タングステン(W)製、ニッケル(Ni)製、金(Au)製等のスピント型のエミッタを用いることも可能である。
【0080】
第1位置合せマーク62は、シリコンウェハ60の中心から30〜35mmの位置に形成され、第2位置合せマーク63は、シリコンウェハ60の中心から20〜25mmの位置に形成される。形成方法としては、エミッタチップ用マスクの露光時に同時にパターニングすることにより行う。
【0081】
また、シリコン基板の裏面側にはAl膜を形成しておく。
全てのマイクロフィールドエミッタチップ61の各ゲート電極71及び接合用電極72には、第1シリコン露出面64あるいは第2シリコン露出面65のいずれか一方に給電パターン66を介して接続されているが、最終工程において各チップ単位に切出す際に、各ゲート電極71あるいは各接合用電極72と、当該ゲート電極71あるいは当該接合用電極72に接続されていたいずれか一方のシリコン露出面と、は分離されるような構造となっている。
【0082】
エミッタ70としては、シリコン(Si)製に限られず、タングステン(W)製、ニッケル(Ni)製、金(Au)製等のスピント型のエミッタを用いることも可能である。
【0083】
図21にマイクロフィールドエミッタチップ61の第1シリコン露出面64近傍の断面図を示す。
図21に示すように、シリコン基板60Aの第1シリコン露出面64には接点66Aを介して給電パターン66が接続され、給電パターンの他端には接合用電極72が接続されている。
【0084】
b)絶縁層ガラス板の作製(図40ステップS2相当)
図22に絶縁体としての絶縁層ガラス板を多数形成したガラス板の外観斜視図を示す。
【0085】
ガラス板80上には多数の絶縁層ガラス板81及び第3位置合せマーク82が形成されている。この第3位置合わせマーク82は、第2位置合わせマーク63に対応する位置に形成されている。
【0086】
さらにガラス板80上には、図23に示すように、マイクロ電子銃の完成時にエミッタから放出された電子を通過させるための第1切り欠き部85(図24参照)を構成するための第1開口部83と、マイクロ電子銃の完成時に各マイクロフィールドエミッタチップのゲート電極71と給電ワイヤとを接続可能な状態とすべく第2切り欠き部86(図24参照)となる第2開口部84と、が形成されている。
【0087】
この場合において、第1実施例の第1開口部23(図6)に代えて第1切り欠き部85を設けることにより、すなわち、エミッタ70周囲を絶縁層である絶縁層ガラス板81が完全に取り囲むことがないような絶縁層ガラス板81の形状としているので、エミッタ70の排気コンダクタンスを向上させることができる。
【0088】
上記第3位置合わせマーク82、第1開口部83及び第2開口部84はサンドブラスト加工により形成する。
このガラス板80の大きさとしては、マイクロフィールドエミッタチップ61が形成されているシリコンウェハの接合面であるゲート電極給電用の給電パッドを覆うことなく、シリコンウェハと後述の加速電極とを位置合わせするための第1位置合わせマーク62を覆うことがない大きさに設定している。例えば、50mm×50mmで厚さ100μmのものを用いる。
【0089】
図24に示すように、絶縁層ガラス板81は、第1切り欠き部85と、第2切り欠き部86と、を備えている。
c)加速電極の作製(図40ステップS3相当)
図25に加速電極用シリコンウェハの非接合面側の外観斜視図を示す。
【0090】
加速電極用シリコンウェハ90は、多数の加速電極91と、個々の加速電極91に切断し分離する際に用いるスクライブ用ライン92と、接合時の位置合せを行うための第4位置合せマーク93と、接合時の位置合せを行うための第5位置合せマーク94と、を備えている。この場合において、加速電極用シリコンウェハ90としては、例えば径3インチ、厚さ200μmのものを用いている。
【0091】
各加速電極31(約3×3mm角)は、図26及び図27に示すように、マイクロフィールドエミッタチップ61に設けた4個のエミッタ70(図19及び図20参照)のそれぞれに対応して設けられ、加速した電子を通過させる4個の第3開口部95と、マイクロ電子銃の完成時に各マイクロフィールドエミッタチップ61のゲート電極71と給電ワイヤとを接続可能な状態とすべく第3切り欠き部98(図27参照)となる第4開口部96と、マイクロ電子銃の完成時に第4切り欠き部99となる(図27参照)第5開口部97と、を備えている。
【0092】
図28に加速電極用シリコンウェハの接合面側の外観斜視図を示す。
加速電極用シリコンウェハ90は、接合時の位置合せを行うための第6位置合せマーク110と、接合時の位置合せを行うための第7位置合せマーク111と、を備えている。
【0093】
ここで、加速電極をシリコンウェハに形成する方法について説明する。
まず、両面マスクアライナを用いてシリコンウェハの一方の面に第4位置合わせマーク93、第5位置合わせマーク94及びスクライブ用ライン92(図29には図示せず)を形成し、他方の面に第6位置合わせマーク110及び第7位置合わせマーク111を形成する(図29(a)参照)。
【0094】
この場合において、第4位置合わせマーク93及び第7位置合わせマーク111はシリコンウェハを挟んで対応する位置に形成され、第5位置合わせマーク94及び第6位置合わせマーク110はシリコンウェハを挟んで対応する位置に形成される。
【0095】
次に第4位置合わせマーク93及び第5位置合わせマーク94を用いて当該位置合わせマーク93、94が設けられた面側にSiO2 のエッチングマスクを形成し、第6位置合わせマーク110及び第7位置合わせマーク111を用いて当該位置合わせマーク110、111が設けられた面側にSiO2 のエッチングマスクを形成する(図29(b)参照)。
【0096】
つづいて、KOH等のアルカリ性エッチング溶液を用いて、Siをエッチングすることにより、第3開口部95、第4開口部96及び第5開口部97を形成する(図29(c)参照)。
【0097】
そしてHF緩衝液を用いてSiO2 のエッチングマスクを除去し、加速電極の形成を終了する(図29(d)参照)。
ところで、加速電極材料としてはシリコンに限られることなく、たとえば、Mo、Cr、Ta、Ti、kovar、Ge、GaAs等のウェハあるいは板材でもよい。
【0098】
d)マイクロフィールドエミッタチップ(シリコンウェハ)と絶縁層ガラス板(ガラス板)の接合(図40ステップS4相当)
次にマイクロフィールドエミッタチップと絶縁層ガラス板の接合について図30を参照して説明する。
【0099】
マイクロフィールドエミッタチップと絶縁層ガラス板の接合は、陽極接合法を用いて行う。
まず、シリコンウェハ60の第2位置合わせマーク63とガラス板80の第3位置合わせマーク82を用いて位置合わせを行う。
つづいて、真空ポンプにより1×10−5Torr程度に真空排気し、シリコンウェハ60とガラス板80の接合面が300℃程度になるようにヒータ121により加熱しつつ、シリコンウェハ60の裏面(Al膜形成面)を直流電源120の陽極に接続し、ガラス板を陰極に接続して300ボルト程度の電圧を10分程度印加する。
【0100】
これによりシリコンウェハ60上のゲート電極71と絶縁層ガラス板80の接合が行われる。
図31に接合後のマイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板の外観斜視図を示す。
e)マイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板と加速電極(シリコンウェハ)の接合(図40ステップS5相当)
次にマイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板と加速電極の接合について図32を参照して説明する。
【0101】
マイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板と加速電極の接合は陽極接合法を用いて行う。
まず、シリコンウェハ60の第1位置合わせマーク93と加速電極用シリコンウェハ90の第4位置合わせマーク93及び第5位置合わせマーク94を用いて位置合わせを行う。
【0102】
つづいて、真空ポンプにより1×10−5Torr程度に真空排気し、シリコンウェハ60とガラス板80の接合面が300℃程度になるように加熱し、シリコンウェハ60の裏面(Al膜形成面)を直流電源50の陽極に接続し、加速電極用シリコンウェハ90を陰極に接続して300ボルト程度の電圧を10分程度印加する。
【0103】
これにより加速電極91と絶縁層ガラス板81の接合が行われる。
図33に接合後のシリコンウェハ60/ガラス板80/加速電極用シリコンウェハ90(マイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板/加速電極)の外観斜視図を示す。
【0104】
f)マイクロ電子銃モジュールチップの切出し(図40ステップS6相当)
シリコンウェハ60/ガラス板80/加速電極用シリコンウェハ90の接合(マイクロフィールドエミッタチップ/絶縁層ガラス板/加速電極の接合)が終了すると、加速電極用シリコンウェハ90上のスクライブ用ライン92を用いて図34に示すようなマイクロ電子銃モジュールチップ200としてカッティング(スクライビング)する。
【0105】
g)マイクロ電子銃のパーケージへの接合(図40ステップS7相当)
次に切出されたマイクロ電子銃モジュールチップ200の組み立てについて図17を参照して説明する。
【0106】
マイクロ電子銃のパッケージとしては、例えば、「TO−5」型の金属パッケージを用いる。
まず、「TO−5」型の金属パッケージの表面に金(Au)をコーティングし、切出されたマイクロ電子銃モジュール200をコーティング面に載置させ、マイクロフィールドエミッタチップのシリコン基板の裏面に形成したAl膜の接合面の温度が600℃になるように加熱する。
【0107】
この結果、AlとAuの共晶が形成され、接合される。
h)給電ワイヤの接続(図40ステップS8相当)
次に加速電極31、4個のゲート電極71のそれぞれと「TO−5」型の金属パッケージの端子を給電ワイヤ112により接続する。
【0108】
以上の様な工程によりマイクロ電子銃を一度に多量に製造することが可能となる。
本第2実施例のマイクロ電子銃によれば、放出電子に充分な加速電圧を与えることが可能であり、取扱も容易となる。さらに生産性が高く製造コストを低減することができる。さらにエミッタ周囲を絶縁層ガラス板81により完全に取り囲んでしまわないので、排気コンダクタンスを向上させることができる。
第3実施例
本第3実施例は接合用電極として基板の露出面を用い、接合時にウェハの裏面から給電する場合の実施例である。
【0109】
a)マイクロフィールドエミッタチップの作製(図40ステップS1相当)
図36に4個のエミッタを有するマイクロフィールドエミッタチップを多数形成したシリコン(Si)ウェハの外観斜視図を示す。
【0110】
シリコンウェハ130上には、多数のマイクロフィールドエミッタチップ131、接合時の位置合せを行うための第1位置合せマーク132、第2位置合せマーク133、が形成されている。この場合において、シリコンウェハ130としては、例えば径3インチ、厚さ500μmのものを用いている。
【0111】
各マイクロフィールドエミッタチップ131(約3×3mm角)は、図37及び図38に示すようにシリコン基板上におよそ500μm間隔で形成された4個のエミッタ134とシリコン基板上に絶縁体としての酸化シリコン(SiO)135を介してゲート電極136及び接合面としてのシリコン露出面137が設けられている。
【0112】
第1位置合せマーク132は、シリコンウェハ130の中心から30〜35mmの位置に形成され、第2位置合せマーク133は、シリコンウェハ130の中心から20〜25mmの位置に形成される。形成方法としては、エミッタチップ用マスクの露光時に同時にパターニングすることにより行う。
【0113】
また、シリコン露出面137は、後述の図39に示すように、予め1.5μm程度の段差をもつように形成し、マスク用のSiO2 膜、絶縁層としてのSiO膜、ゲート電極等が除去されるように処理を行い、シリコン基板130Aがそのまま露出するような構造となっている。したがって、シリコンウェハ130の裏面に給電することにより接合用電極として機能することとなる。
【0114】
また、シリコン基板の裏面側にはAl膜を形成しておく。
図37に示すように、隣接する2個のマイクロフィールドエミッタチップ、例えば、マイクロフィールドエミッタチップ131−1及び131−2の各ゲート電極136はそれぞれ互いに接続されているが、最終工程において各チップ単位に切出す際に、各マイクロフィールドエミッタチップ131−1、131−2の各ゲート電極136は互いに分離されるような構造となっている。
【0115】
エミッタ134としては、シリコン(Si)製に限られず、タングステン(W)製、ニッケル(Ni)製、金(Au)製等のスピント型のエミッタを用いることも可能である。
【0116】
図39にマイクロフィールドエミッタチップ131のシリコン露出面137近傍の断面図を示す。
本第3実施例のマイクロフィールドエミッタチップ131は、構造が簡単であり、より生産性を向上させることができる。
【0117】
絶縁層ガラス板及び加速電極の製造方法、それらとの接合方法及び組立方法については、第1実施例あるいは第2実施例の方法が適用できるので、本題3実施例においては説明を省略する。
【0118】
本第3実施例のマイクロ電子銃によれば、第1実施例のマイクロ電子銃あるいは第2実施例のマイクロ電子銃の効果に加えて、マイクロフィールドエミッタチップの構造を簡略化することができ、より生産性を向上させることができる。
【0119】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、マイクロ電子銃の大量生産が容易になるととともに、充分な加速電圧を得ることができるマイクロ電子銃を製造することができる。また、電極にゲート電極を用いているので、構造が簡略化される。また、各エミッタから射出されるビームのビーム径を絞り込むことが可能となるとともに、排気コンダクタンスの向上を図ることが可能となる。
【0120】
請求項2に記載の発明によれば、各エミッタに対して個別にゲート電圧を印可することが可能となり、もって、各エミッタを個別に駆動することが可能となる。
【0121】
請求項3に記載の発明によれば、マイクロ電子銃の大量生産が容易になるととともに、充分な加速電圧を得ることができるマイクロ電子銃を製造することができる。また、電極パッドにゲート電極を用いているので、構造が簡略化される。また、各エミッタから射出されるビームのビーム径を絞り込むことが可能となるとともに、排気コンダクタンスの向上を図ることが可能となる。
【0122】
請求項4に記載の発明によれば、マイクロ電子銃の大量生産が容易になるととともに、充分な加速電圧を得ることができるマイクロ電子銃を製造することができる。また、個々のマイクロ電子銃モジュールチップを製造することができ、生産性を向上させることができる。また、各エミッタから射出されるビームのビーム径を絞り込むことが可能となるとともに、排気コンダクタンスの向上を図ることが可能となる。
【0123】
請求項5に記載の発明によれば、マイクロ電子銃の大量生産が容易になるととともに、充分な加速電圧を得ることができるマイクロ電子銃を製造することができる。また、個々のマイクロ電子銃モジュールチップを製造することができ、生産性を向上させることができる。また、各エミッタから射出されるビームのビーム径を絞り込むことが可能となるとともに、排気コンダクタンスの向上を図ることが可能となる。
【0124】
請求項6に記載の発明によれば、マイクロ電子銃の大量生産が容易になるととともに、充分な加速電圧を得ることができるマイクロ電子銃を製造することができる。また、個々のマイクロ電子銃モジュールチップを製造することができ、生産性を向上させることができる。また、各エミッタから射出されるビームのビーム径を絞り込むことが可能となるとともに、排気コンダクタンスの向上を図ることが可能となる。
【0125】
請求項7に記載の発明によれば、マイクロ電子銃の大量生産が容易になるととともに、充分な加速電圧を得ることができるマイクロ電子銃を製造することができる。また、個々のマイクロ電子銃モジュールチップを製造することができ、生産性を向上させることができる。また、各エミッタから射出されるビームのビーム径を絞り込むことが可能となるとともに、排気コンダクタンスの向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例のマイクロフィールドエミッタチップ用シリコンウェハの外観斜視図である。
【図2】図1のシリコンウェハの部分拡大斜視図である。
【図3】第1実施例のマイクロフィールドエミッタチップの外観斜視図である。
【図4】第1実施例の絶縁層ガラス板用ガラス板の外観斜視図である。
【図5】図4のガラス板の部分拡大斜視図である。
【図6】第1実施例の絶縁層ガラス板の外観斜視図である。
【図7】第1実施例の加速電極用シリコンウェハの外観斜視図である。
【図8】図7の加速電極用シリコンウェハの部分拡大斜視図である。
【図9】第1実施例の加速電極の外観斜視図である。
【図10】図7の加速電極用シリコンウェハ裏面の外観斜視図である。
【図11】第1実施例の加速電極の製造工程説明図である。
【図12】第1実施例のマイクロフィールドエミッタチップ用シリコンウェハと絶縁層ガラス板用ガラス板の接合説明図である。
【図13】第1実施例のマイクロフィールドエミッタチップ用シリコンウェハと絶縁層ガラス板用ガラス板の接合状態説明図である。
【図14】第1実施例の絶縁層ガラス板用ガラス板と加速電極用シリコンウェハの接合説明図である。
【図15】第1実施例のウェハとガラス板の接合状態説明図である。
【図16】第1実施例のマイクロ電子銃モジュールチップの外観斜視図である。
【図17】第1実施例のマイクロ電子銃組立説明図である。
【図18】第2実施例のマイクロフィールドエミッタチップ用シリコンウェハの外観斜視図である。
【図19】図18のシリコンウェハの部分拡大斜視図である。
【図20】第2実施例のマイクロフィールドエミッタチップの外観斜視図である。
【図21】第2実施例のマイクロフィールドエミッタチップの断面図である。
【図22】第2実施例の絶縁層ガラス板用ガラス板の外観斜視図である。
【図23】図22のガラス板の部分拡大斜視図である。
【図24】第2実施例の絶縁層ガラス板の外観斜視図である。
【図25】第2実施例の加速電極用シリコンウェハの外観斜視図である。
【図26】図25の加速電極用シリコンウェハの部分拡大斜視図である。
【図27】第2実施例の加速電極の外観斜視図である。
【図28】図25の加速電極用シリコンウェハ裏面の外観斜視図である。
【図29】第2実施例の加速電極の製造工程説明図である。
【図30】第2実施例のマイクロフィールドエミッタチップ用シリコンウェハと絶縁層ガラス板用ガラス板の接合説明図である。
【図31】第2実施例のマイクロフィールドエミッタチップ用シリコンウェハと絶縁層ガラス板用ガラス板の接合状態説明図である。
【図32】第2実施例の絶縁層ガラス板用ガラス板と加速電極用シリコンウェハの接合説明図である。
【図33】第2実施例のウェハとガラス板の接合状態説明図である。
【図34】第2実施例のマイクロ電子銃モジュールチップの外観斜視図である。
【図35】第2実施例のマイクロ電子銃組立説明図である。
【図36】第3実施例のマイクロフィールドエミッタチップ用シリコンウェハの外観斜視図である。
【図37】図36のシリコンウェハの部分拡大斜視図である。
【図38】第3実施例のマイクロフィールドエミッタチップの外観斜視図である。
【図39】第3実施例のマイクロフィールドエミッタチップの断面図である。
【図40】マイクロ電子銃の製造フローチャートである。
【符号の説明】
1…シリコンウェハ
2…マイクロフィールドエミッタチップ
3…第1給電パッド
4…第2給電パッド
5…第1位置合せマーク
6…第2位置合せマーク
7…給電パターン
10…エミッタ
11…ゲート電極
12…酸化シリコン(SiO)
20…ガラス板
21…絶縁層ガラス板
22…第3位置合せマーク
23…第1開口部
24…第2開口部
25…切り欠き部
30…加速電極用シリコンウェハ
31…加速電極
32…スクライブ用ライン
33…第3開口部
34…第4位置合せマーク
35…第4開口部
36…第5位置合せマーク
37…第5開口部
38…第6開口部
39…第2切り欠き部
40…第6位置合せマーク
41…第7位置合せマーク
50…直流電源
51…ヒータ
52…給電ワイヤ
60…シリコンウェハ
61…マイクロフィールドエミッタチップ
62…第1位置合せマーク
63…第2位置合せマーク
64…第1シリコン露出面
65…第2シリコン露出面
66…給電パターン
66A…接点
70…エミッタ
71…ゲート電極
72…接合用電極
73…酸化シリコン(SiO)
80…ガラス板
81…絶縁層ガラス板
82…第3位置合せマーク
83…第1開口部
84…第2開口部
85…第1切り欠き部
86…第2切り欠き部
90…加速電極用シリコンウェハ
91…加速電極
92…スクライブ用ライン
93…第4位置合せマーク
94…第5位置合せマーク
95…第3開口部
96…第4開口部
97…第5開口部
98…第3切り欠き部
99…第4切り欠き部
100、200…マイクロ電子銃モジュールチップ
110…第6位置合せマーク
111…第7位置合せマーク
122…給電ワイヤ
120…直流電源
121…ヒータ
130…シリコンウェハ
131、131−1、131−2…マイクロフィールドエミッタチップ
132…第1位置合せマーク
133…第2位置合せマーク
135…酸化シリコン(SiO)
136…ゲート電極
137…シリコン露出面[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a micro electron gun and a method of manufacturing the same, and more particularly to a micro electron gun (micro field emission electron gun) using a micro cold cathode as an emitter and a method of manufacturing the same.
[0002]
In recent years, in order to overcome the speed limit of solid-state devices, the attempt to apply microfabrication technology for semiconductors to make micro vacuum tubes has started, and flat displays and micro electron mirrors with many micro cold cathodes arranged and integrated Tube development is underway.
[0003]
On the other hand, when the micro cold cathode is used as a micro electron gun in an analyzer or an inspection device such as an SEM (Scanning Electron Microscope), it is desirable that electrons having an energy as high as several keV can be emitted.
[0004]
Therefore, there is a demand for the development of a micro electron gun capable of emitting such high-energy electrons and capable of manufacturing many at once, and a method of manufacturing the same.
[0005]
[Prior art]
When the micro cold cathode is applied to an analyzer or an inspection device such as a SEM as a micro electron gun, it is desired that electrons emitted from the micro electron gun have high energy such as several keV.
[0006]
By the way, conventionally, it has been difficult to configure a micro electron gun having an energy of several keV using only a semiconductor fine processing technique.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the microelectron gun is formed from the emitter to the gate electrode (the part that emits low-energy electrons) by applying semiconductor microfabrication technology, and as a separate component, an accelerating electrode for accelerating the emitted electrons. In addition, it is conceivable to manufacture a micro electron gun by preparing an insulator for insulating the acceleration electrode from the emitter to the gate electrode and joining them together.
[0008]
In such a case, it is desirable that a large number of micro electron guns can be manufactured at once from the viewpoint of productivity, cost, and the like.
However, at present, it is difficult to manufacture many micro electron guns at once.
[0009]
More specifically, when manufacturing a large number of micro-electron guns at the same time, it is necessary to bond the microfield emitter chip, insulator, and acceleration electrode in a wafer state, but when manufacturing one micro-electron gun, It is not possible to apply the same processing shape and joining method as described above.
[0010]
This is because it is necessary to prevent a displacement or the like from occurring in the joining of the microfield emitter chip, the insulator, and the accelerating electrode, and to make sure that all joining is performed.
[0011]
Further, a dicing method or the like for cutting out as a micro electron gun must be newly considered.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a micro electron gun which can be manufactured in large numbers at one time, and a method for manufacturing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 includes a substrate and a substrate formed on the substrate.pluralAn emitter, a first insulating layer formed on the substrate and having a first through hole for passing electrons from the emitter, and formed on the first insulating layer to pass the electrons And a first opening for receiving a gate voltage.ToA gate electrode layer for forming a gate electrode;NoteFormed on the gate electrodeTogether with, A second through hole for passing the electronsAnd a second through hole provided corresponding to the entire arrangement position of the plurality of emitters.WithAndA second insulating layer having a thickness greater than 10 μm, and a second opening formed on the second insulating layer for allowing the electrons to pass therethrough, for accelerating the electrons. An acceleration electrode layer to which a voltage is supplied, wherein the second insulating layer is a glass plate.And the second opening provided in the acceleration electrode layer is provided corresponding to each of the plurality of emitters, and each is formed at a position corresponding to the arrangement position of the emitter.It has a configuration.
[0013]
The invention according to
[0014]
The invention according to
[0015]
The invention described in
[0016]
The invention according to
[0017]
The invention according to
[0018]
The invention according to
[0022]
[Action]
According to the first aspect of the present invention,pluralIt has a structure in which an insulating layer and a gate voltage layer are provided on a substrate having an emitter, and further, an insulating layer and an accelerating electrode layer are provided on the gate voltage layer. This facilitates mass production and provides a sufficient acceleration voltage. Further, since the gate electrode is used as the electrode, the structure is simplified.Further, the second insulating layer bonded to the substrate is provided with a second through hole provided corresponding to the entire arrangement position of the plurality of emitters, and a second through hole provided in the acceleration electrode layer. The opening is provided corresponding to each of the plurality of emitters, and is formed at a position corresponding to the arrangement position of the emitter. For this reason, it becomes possible to narrow down the beam diameter of the beam emitted from each emitter, and it is possible to improve the exhaust conductance.
[0023]
According to the invention described in
[0024]
According to the third aspect of the present invention, an electrode pad used as a gate electrode is provided on a substrate having an emitter, and an insulator plate is joined between the substrate and the acceleration electrode. This facilitates mass production and provides a sufficient acceleration voltage. Further, since the gate electrode is used for the electrode pad, the structure is simplified.Further, a second through hole is provided in the insulator plate bonded on the substrate so as to correspond to the entire arrangement position of the plurality of emitters. Openings are provided correspondingly, and each is formed at a position corresponding to the arrangement position of the emitter. For this reason, it becomes possible to narrow down the beam diameter of the beam emitted from each emitter, and it is possible to improve the exhaust conductance.
[0025]
According to the invention described in
[0026]
As a result, a microelectron gun in which the microfield emitter chip and the insulator and the insulator and the accelerating electrode are joined can be manufactured, so that mass production is facilitated and a microelectron that can obtain a sufficient accelerating voltage can be obtained. An electron gun can be manufactured. In addition, the individual micro electron gun module chips are separated by a cutting process. Therefore, individual micro electron gun module chips can be manufactured, so that productivity can be improved. Further, in the micro electron gun, an opening or a notch is provided in the insulator bonded on the substrate so as to correspond to the entire arrangement position of the plurality of emitters, and the acceleration electrode is provided in each of the plurality of emitters. Openings are provided correspondingly and formed at positions corresponding to the arrangement positions of the emitters, so that the beam diameter of the beam emitted from each emitter can be narrowed and the exhaust conductance is improved. It becomes possible.
[0027]
According to the invention described in
[0028]
As a result, a microelectron gun in which the microfield emitter chip and the insulator and the insulator and the accelerating electrode are joined can be manufactured, so that mass production is facilitated and a microelectron that can obtain a sufficient accelerating voltage can be obtained. An electron gun can be manufactured. In addition, the individual micro electron gun module chips are separated by a cutting process. Therefore, individual micro electron gun module chips can be manufactured, so that productivity can be improved. Further, in the micro electron gun, an opening or a notch is provided in the insulator bonded on the substrate so as to correspond to the entire arrangement position of the plurality of emitters, and the acceleration electrode is provided in each of the plurality of emitters. Openings are provided correspondingly and formed at positions corresponding to the arrangement positions of the emitters, so that the beam diameter of the beam emitted from each emitter can be narrowed and the exhaust conductance is improved. It becomes possible.
[0029]
According to the invention described in
[0030]
According to the present invention, a microfield emitter chip is formed on a conductive wafer by an emitter chip forming step, an accelerating electrode is formed on the wafer by an accelerating electrode forming step, and an opening is formed by an insulator forming step. An insulator having a portion or a notch is formed, the conductive wafer and the front insulator are joined in the first joining step, the wafer and the insulator are joined in the second joining step, and the individual micro-holes are cut out in the cutting step. Separate into electron gun module chips.
[0040]
【Example】
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First embodiment
The first embodiment is an embodiment in which a gate electrode is used as a bonding electrode and power is supplied from two points (power supply pads) on the wafer during bonding.
[0041]
a) Production of microfield emitter chip (corresponding to step S1 in FIG. 40)
The microfield emitter chip is manufactured by using a semiconductor fine processing technique.
[0042]
FIG. 1 is an external perspective view of a silicon (Si) wafer on which a large number of microfield emitter chips having four emitters are formed.
On the silicon wafer 1, a number of
[0043]
As shown in FIGS. 2 and 3, each microfield emitter chip 2 (about 3 × 3 mm square) has four
[0044]
The
[0045]
As shown in FIG. 1, the
[0046]
An Al film is formed on the back surface of the silicon wafer 1.
Either the first
[0047]
The
[0048]
b) Production of glass sheet with insulating layer (corresponding to step S2 in FIG. 40)
For the insulating layer glass plate, semiconductor fine processing technology is applied.
FIG. 4 shows an external perspective view of a glass plate on which a large number of insulating layer glass plates are formed as insulators.
[0049]
A large number of insulating
[0050]
Further, on the glass plate 20, as shown in FIG. 5, a first opening 23 for passing electrons emitted from the emitter when the micro electron gun is completed, and each microfield emitter chip when the micro electron gun is completed. And a second opening 24 serving as a notch so that the
[0051]
The size of the glass plate 20 is such that the silicon wafer and the accelerating electrode described below are aligned without covering the power supply pad for supplying the gate electrode, which is the bonding surface of the silicon wafer on which the
[0052]
The
FIG. 6 shows an external perspective view of the insulating
[0053]
The insulating
c) Preparation of accelerating electrode (corresponding to step S3 in FIG. 40)
The production of the accelerating electrode is performed by using a semiconductor fine processing technique as in the production of the microfield emitter chip.
[0054]
FIG. 7 shows an external perspective view of the non-bonding surface side of the silicon wafer for an acceleration electrode.
The accelerating
[0055]
Each accelerating electrode 31 (about 3 × 3 mm square) corresponds to each of the four emitters 10 (see FIGS. 2 and 3) provided on the
[0056]
FIG. 10 is an external perspective view of the bonding surface side of the silicon wafer for an acceleration electrode.
The accelerating
[0057]
Here, a method for forming the acceleration electrode on the silicon wafer will be described.
First, the
[0058]
In this case, the
[0059]
Next, the
[0060]
Subsequently, the
[0061]
Then, using HF buffer, the SiO2Is removed, and the formation of the acceleration electrode is completed (see FIG. 11D).
Incidentally, the material of the accelerating electrode is not limited to silicon, but may be a wafer or a plate material such as Mo, Cr, Ta, Ti, kovar, Ge, or GaAs.
[0062]
d) Bonding of microfield emitter chip (silicon wafer) and insulating layer glass plate (glass plate) (corresponding to step S4 in FIG. 40)
Next, the joining of the microfield emitter chip to the insulating layer glass plate will be described with reference to FIG.
[0063]
The bonding between the microfield emitter chip and the insulating layer glass plate is performed using an anodic bonding method.
First, alignment is performed using the
[0064]
Then, 1 × 10-5The first
[0065]
Thereby, the
FIG. 13 shows an external perspective view of the microfield emitter chip / insulating layer glass plate after bonding.
[0066]
e) Bonding of microfield emitter chip / insulating layer glass plate and acceleration electrode (silicon wafer) (corresponding to step S5 in FIG. 40)
Next, the joining of the microfield emitter chip / insulating layer glass plate and the accelerating electrode will be described with reference to FIG.
[0067]
The bonding between the microfield emitter chip / insulating layer glass plate and the accelerating electrode is performed using an anodic bonding method.
First, alignment is performed using the
[0068]
Then, 1 × 10-5Evacuation is performed to about Torr, and heating is performed so that the bonding surface between the silicon wafer 1 and the glass plate 20 is about 300 ° C. Then, it is connected to the anode of the
[0069]
Thereby, the joint between the
FIG. 15 is an external perspective view of the microfield emitter chip / insulating layer glass plate / acceleration electrode after bonding.
[0070]
f) Cutting out a micro electron gun module chip (corresponding to step S6 in FIG. 40)
When bonding of the microfield emitter chip / insulating layer glass plate / acceleration electrode is completed, cutting (scribing) is performed as a micro electron gun module chip 100 as shown in FIG. I do.
[0071]
g) Joining to micro electron gun package (equivalent to step S7 in FIG. 40)
Next, the assembly of the cut-out micro electron gun module chip 100 will be described with reference to FIG.
[0072]
As the package of the micro electron gun, for example, a “TO-5” type metal package is used.
First, gold (Au) is coated on the surface of a “TO-5” type metal package, and the cut-out micro electron gun module 100 is placed on the coating surface to form a micro field emitter chip on the back surface of the silicon substrate. Heating is performed so that the temperature of the bonding surface of the formed Al film becomes 600 ° C.
[0073]
As a result, a eutectic of Al and Au is formed and joined.
h) Connection of power supply wires (corresponding to step S8 in FIG. 40)
Next, each of the
[0074]
Through the above steps, a large number of micro electron guns can be manufactured at one time.
According to the micro electron gun of the first embodiment, it is possible to apply a sufficient acceleration voltage to the emitted electrons, and the handling becomes easy. Further, the productivity is high and the manufacturing cost can be reduced.
[0075]
In the first embodiment, the anode of the
Second embodiment
The second embodiment is an embodiment in which a bonding electrode is provided separately from the gate electrode and power is supplied from the back surface of the wafer during bonding.
[0076]
a) Production of microfield emitter chip (corresponding to step S1 in FIG. 40)
FIG. 18 shows an external perspective view of a silicon (Si) wafer on which a large number of microfield emitter chips having four emitters are formed.
[0077]
On the
[0078]
As shown in FIGS. 19 and 20, each microfield emitter chip 61 (about 3 × 3 mm square) has four
[0079]
The
[0080]
The
[0081]
An Al film is formed on the back surface of the silicon substrate.
Each of the
[0082]
The
[0083]
FIG. 21 is a sectional view of the vicinity of the first silicon exposed surface 64 of the
As shown in FIG. 21, a
[0084]
b) Production of glass sheet with insulating layer (corresponding to step S2 in FIG. 40)
FIG. 22 shows an external perspective view of a glass plate on which a large number of insulating layer glass plates are formed as insulators.
[0085]
On the glass plate 80, a large number of insulating
[0086]
Further, as shown in FIG. 23, a first cutout 85 (see FIG. 24) for passing electrons emitted from the emitter when the micro electron gun is completed is formed on the glass plate 80. An opening 83 and a second opening 84 serving as a second cutout 86 (see FIG. 24) so that the
[0087]
In this case, the first cutout 85 is provided in place of the first opening 23 (FIG. 6) of the first embodiment, that is, the insulating
[0088]
The
The size of the glass plate 80 is such that the silicon wafer and the accelerating electrode described later are aligned without covering the power supply pad for power supply of the gate electrode, which is the bonding surface of the silicon wafer on which the
[0089]
As shown in FIG. 24, the insulating
c) Preparation of accelerating electrode (corresponding to step S3 in FIG. 40)
FIG. 25 shows an external perspective view of the non-bonding surface side of the silicon wafer for an acceleration electrode.
[0090]
The accelerating
[0091]
Each of the accelerating electrodes 31 (about 3 × 3 mm square) corresponds to each of the four emitters 70 (see FIGS. 19 and 20) provided on the
[0092]
FIG. 28 shows an external perspective view of the bonding surface side of the silicon wafer for an acceleration electrode.
The accelerating
[0093]
Here, a method for forming the acceleration electrode on the silicon wafer will be described.
First, a
[0094]
In this case, the
[0095]
Next, the
[0096]
Subsequently, the
[0097]
Then, using HF buffer, the SiO2Then, the formation of the accelerating electrode is completed (see FIG. 29D).
Incidentally, the material of the accelerating electrode is not limited to silicon, but may be a wafer or a plate material such as Mo, Cr, Ta, Ti, kovar, Ge, or GaAs.
[0098]
d) Bonding of microfield emitter chip (silicon wafer) and insulating layer glass plate (glass plate) (corresponding to step S4 in FIG. 40)
Next, the joining of the microfield emitter chip to the insulating layer glass plate will be described with reference to FIG.
[0099]
The bonding between the microfield emitter chip and the insulating layer glass plate is performed using an anodic bonding method.
First, alignment is performed using the
Then, 1 × 10-5The inside of the
[0100]
Thereby, the
FIG. 31 shows an external perspective view of the microfield emitter chip / insulating layer glass plate after bonding.
e) Bonding of microfield emitter chip / insulating layer glass plate and acceleration electrode (silicon wafer) (corresponding to step S5 in FIG. 40)
Next, the joining of the microfield emitter chip / insulating layer glass plate and the accelerating electrode will be described with reference to FIG.
[0101]
The bonding between the microfield emitter chip / insulating layer glass plate and the accelerating electrode is performed using an anodic bonding method.
First, alignment is performed using the
[0102]
Then, 1 × 10-5The chamber is evacuated to about Torr, heated so that the bonding surface between the
[0103]
Thereby, the
FIG. 33 is an external perspective view of the bonded
[0104]
f) Cutting out a micro electron gun module chip (corresponding to step S6 in FIG. 40)
When bonding of the
[0105]
g) Joining the micro electron gun to the package (equivalent to step S7 in FIG. 40)
Next, the assembly of the cut-out micro electron gun module chip 200 will be described with reference to FIG.
[0106]
As the package of the micro electron gun, for example, a “TO-5” type metal package is used.
First, the surface of a “TO-5” type metal package is coated with gold (Au), and the cut-out micro electron gun module 200 is placed on the coating surface to form a micro field emitter chip on the back surface of the silicon substrate. Heating is performed so that the temperature of the bonding surface of the formed Al film becomes 600 ° C.
[0107]
As a result, a eutectic of Al and Au is formed and joined.
h) Connection of power supply wires (corresponding to step S8 in FIG. 40)
Next, each of the
[0108]
Through the above steps, a large number of micro electron guns can be manufactured at one time.
According to the micro electron gun of the second embodiment, it is possible to apply a sufficient acceleration voltage to the emitted electrons, and the handling becomes easy. Further, the productivity is high and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the periphery of the emitter is not completely surrounded by the insulating
Third embodiment
The third embodiment is an embodiment in which an exposed surface of a substrate is used as a bonding electrode and power is supplied from the back surface of the wafer during bonding.
[0109]
a) Production of microfield emitter chip (corresponding to step S1 in FIG. 40)
FIG. 36 is an external perspective view of a silicon (Si) wafer on which a large number of microfield emitter chips having four emitters are formed.
[0110]
On the silicon wafer 130, a large number of microfield emitter chips 131, a
[0111]
As shown in FIGS. 37 and 38, each microfield emitter chip 131 (approximately 3 × 3 mm square) has four
[0112]
The
[0113]
Also, as shown in FIG. 39 to be described later, the silicon exposed
[0114]
An Al film is formed on the back surface of the silicon substrate.
As shown in FIG. 37, two adjacent microfield emitter chips, for example,
[0115]
The
[0116]
FIG. 39 is a sectional view showing the vicinity of the silicon exposed
The
[0117]
Since the method of the first embodiment or the second embodiment can be applied to the method of manufacturing the insulating layer glass plate and the accelerating electrode, and the method of joining and assembling them, the description is omitted in the third embodiment.
[0118]
According to the micro electron gun of the third embodiment, in addition to the effects of the micro electron gun of the first embodiment or the micro electron gun of the second embodiment, the structure of the micro field emitter chip can be simplified, Productivity can be further improved.
[0119]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the mass production of the micro electron gun is facilitated, and the micro electron gun capable of obtaining a sufficient acceleration voltage can be manufactured. Further, since the gate electrode is used as the electrode, the structure is simplified.Further, the beam diameter of the beam emitted from each emitter can be narrowed, and the exhaust conductance can be improved.
[0120]
According to the invention described in
[0121]
According to the third aspect of the present invention, the mass production of the micro electron gun becomes easy and the micro electron gun capable of obtaining a sufficient acceleration voltage can be manufactured. Further, since the gate electrode is used for the electrode pad, the structure is simplified.Further, the beam diameter of the beam emitted from each emitter can be narrowed, and the exhaust conductance can be improved.
[0122]
According to the invention described in
[0123]
According to the invention described in
[0124]
According to the invention described in
[0125]
According to the invention described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view of a silicon wafer for microfield emitter chips according to a first embodiment.
FIG. 2 is a partially enlarged perspective view of the silicon wafer of FIG. 1;
FIG. 3 is an external perspective view of the microfield emitter chip of the first embodiment.
FIG. 4 is an external perspective view of the glass sheet for an insulating layer glass sheet of the first embodiment.
FIG. 5 is a partially enlarged perspective view of the glass plate of FIG. 4;
FIG. 6 is an external perspective view of the insulating layer glass plate of the first embodiment.
FIG. 7 is an external perspective view of the acceleration electrode silicon wafer of the first embodiment.
FIG. 8 is a partially enlarged perspective view of the acceleration electrode silicon wafer of FIG. 7;
FIG. 9 is an external perspective view of the acceleration electrode of the first embodiment.
FIG. 10 is an external perspective view of the back surface of the acceleration electrode silicon wafer of FIG. 7;
FIG. 11 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the acceleration electrode of the first embodiment.
FIG. 12 is an explanatory view for bonding a silicon wafer for a microfield emitter chip and a glass plate for an insulating layer glass plate of the first embodiment.
FIG. 13 is an explanatory view of a bonding state of the silicon wafer for microfield emitter chips and the glass plate for the insulating layer glass plate of the first embodiment.
FIG. 14 is an explanatory view for bonding a glass plate for an insulating layer glass plate and a silicon wafer for an acceleration electrode according to the first embodiment.
FIG. 15 is an explanatory view of a bonding state between a wafer and a glass plate according to the first embodiment.
FIG. 16 is an external perspective view of the micro electron gun module chip of the first embodiment.
FIG. 17 is an explanatory view of assembling the micro electron gun according to the first embodiment.
FIG. 18 is an external perspective view of a silicon wafer for microfield emitter chips according to a second embodiment.
FIG. 19 is a partially enlarged perspective view of the silicon wafer of FIG. 18;
FIG. 20 is an external perspective view of a microfield emitter chip according to a second embodiment.
FIG. 21 is a sectional view of a microfield emitter chip according to a second embodiment.
FIG. 22 is an external perspective view of a glass sheet for an insulating glass sheet according to a second embodiment.
FIG. 23 is a partially enlarged perspective view of the glass plate of FIG. 22.
FIG. 24 is an external perspective view of the insulating layer glass plate of the second embodiment.
FIG. 25 is an external perspective view of a silicon wafer for an acceleration electrode according to a second embodiment.
26 is a partially enlarged perspective view of the acceleration electrode silicon wafer of FIG. 25.
FIG. 27 is an external perspective view of an acceleration electrode according to a second embodiment.
28 is an external perspective view of the back surface of the accelerating electrode silicon wafer of FIG. 25. FIG.
FIG. 29 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the acceleration electrode of the second embodiment.
FIG. 30 is an explanatory view for bonding a silicon wafer for a microfield emitter chip and a glass plate for an insulating layer glass plate according to the second embodiment.
FIG. 31 is an explanatory view showing a bonding state between a silicon wafer for microfield emitter chips and a glass plate for an insulating layer glass plate according to the second embodiment.
FIG. 32 is an explanatory view for bonding a glass plate for an insulating layer glass plate and a silicon wafer for an acceleration electrode according to the second embodiment.
FIG. 33 is an explanatory diagram of a bonding state between a wafer and a glass plate according to the second embodiment.
FIG. 34 is an external perspective view of the micro electron gun module chip of the second embodiment.
FIG. 35 is an explanatory view for assembling the micro electron gun according to the second embodiment.
FIG. 36 is an external perspective view of a silicon wafer for microfield emitter chips according to a third embodiment.
FIG. 37 is a partially enlarged perspective view of the silicon wafer of FIG. 36.
FIG. 38 is an external perspective view of a microfield emitter chip according to a third embodiment.
FIG. 39 is a sectional view of a microfield emitter chip according to a third embodiment.
FIG. 40 is a manufacturing flowchart of the micro electron gun.
[Explanation of symbols]
1: Silicon wafer
2. Microfield emitter chip
3. First power supply pad
4: Second power supply pad
5 First alignment mark
6: Second alignment mark
7 ... Power supply pattern
10 Emitter
11 gate electrode
12 ... Silicon oxide (SiO)
20 ... Glass plate
21 ... Insulating layer glass plate
22: Third alignment mark
23 ... first opening
24 ... second opening
25 ... Notch
30 ... Silicon wafer for accelerating electrode
31 ... Acceleration electrode
32 ... Scribe line
33: Third opening
34: Fourth alignment mark
35 ... fourth opening
36 ... Fifth alignment mark
37 ... Fifth opening
38: Sixth opening
39: second notch
40: 6th alignment mark
41 ... 7th alignment mark
50 DC power supply
51 ... heater
52 ... Power supply wire
60 ... Silicon wafer
61 ... Microfield emitter chip
62: First alignment mark
63: Second alignment mark
64: First silicon exposed surface
65: Second silicon exposed surface
66 ... Power supply pattern
66A ... Contact
70 ... emitter
71 ... Gate electrode
72 ... joining electrode
73 ... Silicon oxide (SiO)
80 ... Glass plate
81… Insulating layer glass plate
82: Third alignment mark
83: First opening
84 second opening
85 ... first cutout
86: second notch
90 ... Silicon wafer for accelerating electrode
91 ... Acceleration electrode
92… Scribe line
93 ... fourth alignment mark
94 ... Fifth alignment mark
95: Third opening
96: fourth opening
97: Fifth opening
98 3rd notch
99 4th cutout
100, 200 ... Micro electron gun module chip
110 ... sixth alignment mark
111 ... 7th alignment mark
122 ... Power supply wire
120 ... DC power supply
121 ... heater
130 ... Silicon wafer
131, 131-1, 131-2… Microfield emitter chip
132 ... 1st alignment mark
133: Second alignment mark
135: silicon oxide (SiO)
136 gate electrode
137: Silicon exposed surface
Claims (7)
前記基板上に形成された複数のエミッタと、
前記基板上に形成され、前記エミッタからの電子を通過させるための第1の貫通孔を有する第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上に形成され、前記電子を通過させるための第1の開口部を有し、ゲート電圧が供給されるゲート電極を形成するゲート電極層と、
前記ゲート電極上に形成されるとともに、前記電子を通過させるための第2の貫通孔であって、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた第2の貫通孔を有し、膜厚が10μmよりも厚い第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層上に形成され、前記電子を通過させるための第2の開口部を有し、該電子を加速するための加速電圧が供給される加速電極層と、を備え、
前記第2の絶縁層はガラス板で構成されるとともに、前記加速電極層に設けられた前記第2の開口部は前記複数のエミッタの各々に対応して設けられ、各々、エミッタの配置位置に対応する位置に形成されていることを特徴とするマイクロ電子銃。A substrate,
A plurality of emitters formed on the substrate,
A first insulating layer formed on the substrate and having a first through hole for passing electrons from the emitter;
Is formed on the first insulating layer has a first opening for passing the electrons, a gate electrode layer is a gate voltage to a gate electrode that will be supplied,
Formed in the front Kige over gate electrode on Rutotomoni, wherein a second through-hole for passing electrons, the second through-hole provided corresponding to the entire positions of the plurality of emitters Yes, and a thick second insulating layer than the film thickness is 10 [mu] m,
An accelerating electrode layer formed on the second insulating layer and having a second opening for allowing the electrons to pass therethrough, to which an accelerating voltage for accelerating the electrons is supplied;
The second insulating layer is formed of a glass plate, and the second openings provided in the accelerating electrode layer are provided corresponding to each of the plurality of emitters. A micro electron gun formed at a corresponding position .
前記基板上に形成され、電子ビームを放出する複数のエミッタと、
第1の面において前記基板に陽極接合法により接合され、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた第2の貫通孔を有する絶縁体板と、
前記複数のエミッタが形成された基板上に配設され、前記基板と前記絶縁体板とを接合する際に接合用電圧が印加される複数の電極パッドと、
前記絶縁体板の前記第1の面とは反対側の第2の面に形成されるとともに、前記複数のエミッタの各々の配置位置に対応する位置に複数設けられた開口部を有し、前記電子ビームを加速する加速電極層と、
を備えたマイクロ電子銃であって、
前記絶縁体板と前記加速電極層は前記電子ビームを通過させるとともに、
前記電極パッドはゲート電極として作用することを特徴とするマイクロ電子銃。A substrate,
A plurality of emitters formed on the substrate and emitting an electron beam;
An insulator plate joined to the substrate on the first surface by an anodic bonding method and having a second through hole provided corresponding to the entire arrangement position of the plurality of emitters;
A plurality of electrode pads provided on the substrate on which the plurality of emitters are formed, and a bonding voltage applied when bonding the substrate and the insulator plate ;
A plurality of openings are formed on a second surface of the insulator plate opposite to the first surface and provided at positions corresponding to respective arrangement positions of the plurality of emitters, An accelerating electrode layer for accelerating the electron beam;
A micro electron gun with
The insulator plate and the acceleration electrode layer pass the electron beam,
The said electron pad functions as a gate electrode, The micro electron gun characterized by the above-mentioned.
第2のウェハ上に前記エミッタから放出された電子を加速するための加速電極であって、前記複数のエミッタの各々の配置位置に対応する位置に複数の開口部が設けられた加速電極を形成する加速電極形成工程と、
前記電子を通過させるための開口部若しくは切り欠き部であって、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
陽極接合法により前記第1のウェハと前記絶縁体とを接合する第1接合工程と、
陽極接合法により前記第2のウェハと前記絶縁体とを接合する第2接合工程と、
個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する切出工程と、
を含むことを特徴とするマイクロ電子銃の製造方法。 A microfield emitter chip having a plurality of emitters, a gate electrode for supplying a gate voltage, and a bonding electrode, and an electrode pad for applying a bonding voltage to the bonding electrode are formed on a first wafer. An emitter chip forming process,
Forming an accelerating electrode for accelerating electrons emitted from the emitter on a second wafer, the accelerating electrode having a plurality of openings at positions corresponding to respective arrangement positions of the plurality of emitters ; An accelerating electrode forming step,
An insulator forming step of forming an insulator having openings or cutouts for passing the electrons, the openings or cutouts provided corresponding to the entire arrangement positions of the plurality of emitters ; ,
A first bonding step of bonding the first wafer and the insulator by an anodic bonding method;
A second bonding step of bonding the second wafer and the insulator by an anodic bonding method;
A cutting step of separating into individual micro electron gun module chips,
A method for manufacturing a micro electron gun, comprising:
ウェハ上に前記エミッタから放出された電子を加速するための加速電極であって、前記複数のエミッタの各々の配置位置に対応する位置に複数の開口部が設けられた加速電極を形成する加速電極形成工程と、
前記電子を通過させるための開口部若しくは切り欠き部であって、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
陽極接合法により前記導電性ウェハと前記絶縁体とを接合する第1接合工程と、
陽極接合法により前記ウェハと前記絶縁体とを接合する第2接合工程と、
個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する切出工程と、
を含むことを特徴とするマイクロ電子銃の製造方法。A plurality of emitters and a gate electrode to which a gate voltage is supplied on a conductive wafer, an emitter chip forming step of forming a microfield emitter chip having a bonding electrode,
An accelerating electrode for accelerating electrons emitted from the emitter on the wafer, the accelerating electrode having a plurality of openings at positions corresponding to respective arrangement positions of the plurality of emitters ; Forming step;
An insulator forming step of forming an insulator having openings or cutouts for passing the electrons, the openings or cutouts provided corresponding to the entire arrangement positions of the plurality of emitters ; ,
A first bonding step of bonding the conductive wafer and the insulator by an anodic bonding method;
A second bonding step of bonding the wafer and the insulator by an anodic bonding method;
A cutting step of separating into individual micro electron gun module chips,
A method for manufacturing a micro electron gun, comprising:
第2のウェハ上に前記エミッタから放出された電子を加速するための加速電極であって、前記複数のエミッタの各々の配置位置に対応する位置に複数の開口部が設けられた加速電極を形成する加速電極形成工程と、
前記電子を通過させるための開口部若しくは切り欠き部であって、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
陽極接合法により前記第1のウェハと前記絶縁体とを接合する第1接合工程と、
陽極接合法により前記第2のウェハと前記絶縁体とを接合する第2接合工程と、
個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する切出工程と、
を含むことを特徴とするマイクロ電子銃の製造方法。 A microfield emitter chip having a plurality of emitters and a bonding electrode serving as a gate electrode for supplying a gate voltage, and an electrode pad for applying a bonding voltage to the bonding electrode on a first wafer. an emitter chip forming step of forming,
Forming an accelerating electrode for accelerating electrons emitted from the emitter on a second wafer, the accelerating electrode having a plurality of openings at positions corresponding to respective arrangement positions of the plurality of emitters ; An accelerating electrode forming step,
An insulator forming step of forming an insulator having openings or cutouts for passing the electrons, the openings or cutouts provided corresponding to the entire arrangement positions of the plurality of emitters ; ,
A first bonding step of bonding the first wafer and the insulator by an anodic bonding method;
A second bonding step of bonding the second wafer and the insulator by an anodic bonding method;
A cutting step of separating into individual micro electron gun module chips,
A method for manufacturing a micro electron gun, comprising:
ウェハ上に前記エミッタから放出された電子を加速するための加速電極であって、前記複数のエミッタの各々の配置位置に対応する位置に複数の開口部が設けられた加速電極を形成する加速電極形成工程と、
前記電子を通過させるための開口部若しくは切り欠き部であって、前記複数のエミッタの配置位置全体に対応して設けられた開口部若しくは切り欠き部を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
陽極接合法により前記導電性ウェハと前記絶縁体とを接合する第1接合工程と、
陽極接合法により前記ウェハと前記絶縁体とを接合する第2接合工程と、
個々のマイクロ電子銃モジュールチップに分離する切出工程と、
を含むことを特徴とするマイクロ電子銃の製造方法。An emitter tip forming step of forming a microfield emitter tip having a plurality of emitters and a bonding electrode acting as a gate electrode to which a gate voltage is supplied on a conductive wafer;
An accelerating electrode for accelerating electrons emitted from the emitter on the wafer, the accelerating electrode having a plurality of openings at positions corresponding to respective arrangement positions of the plurality of emitters ; Forming step;
An insulator forming step of forming an insulator having openings or cutouts for passing the electrons, the openings or cutouts provided corresponding to the entire arrangement positions of the plurality of emitters ; ,
A first bonding step of bonding the conductive wafer and the insulator by an anodic bonding method;
A second bonding step of bonding the wafer and the insulator by an anodic bonding method;
A cutting step of separating into individual micro electron gun module chips,
A method for manufacturing a micro electron gun, comprising:
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