JP6548179B1 - Electron gun - Google Patents

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Abstract

【課題】電子銃の高輝度化と長寿命化を達成する。【解決手段】主としてLaB6またはCeB6を元にした電子銃陰極材料105を用いた電子銃に関する。電子銃陰極材料105を保持する真空室内部に、メタンガスまたはエタンガスを1×10−4pascal以下の真空分圧となるように流入せしめて、1000℃から1500℃の温度範囲で加熱する。【選択図】図1An object of the present invention is to achieve high brightness and long life of an electron gun. The present invention relates to an electron gun using an electron gun cathode material 105 mainly based on LaB6 or CeB6. Methane gas or ethane gas is allowed to flow into the vacuum chamber holding the electron gun cathode material 105 so as to have a vacuum partial pressure of 1 × 10 −4 pascal or less, and is heated in a temperature range of 1000 ° C. to 1500 ° C. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、電子ビーム描画装置などに用いられる電子銃に関する。   The present invention relates to an electron gun used for an electron beam drawing apparatus and the like.

半導体リソグラフィ技術は従来、元図となるマスクを電子ビーム描画装置で作成し、そのマスク画像を光によって半導体基板(ウェハ)に転写する写真製版技術(光リソグラフィ)が主に使われてきた。光リソグラフィ技術では、光の波長が短くなることで解像性が向上する原理から、光の波長は微細化の進展とともに短波長化が進み、g線(波長436nm)からi線(波長365nm)と変遷し、微細化、高集積化、コスト低減を果たしてきた。現在は波長が193nmのエキシマレーザー光が使われている。今後さらに短波長の13.4nmの極短紫外線を用いたリソグラフィ技術が開発されている。   In semiconductor lithography technology, conventionally, photolithography (optical lithography) has been mainly used in which a mask to be an original drawing is created by an electron beam drawing apparatus, and the mask image is transferred to a semiconductor substrate (wafer) by light. In the optical lithography technology, from the principle that the resolution improves by shortening the wavelength of light, the wavelength of light is shortened with the progress of miniaturization, and g-line (wavelength 436 nm) to i-line (wavelength 365 nm) It has been changed and has been miniaturized, highly integrated, and cost-reduced. Currently, excimer laser light with a wavelength of 193 nm is used. In the future, lithography techniques using 13.4 nm ultrashort ultraviolet light with a short wavelength have been developed.

一方、マスクは、半導体の微細化の進展に伴って開発コストが増大の一途をたどり、1品種のLSI当り数億円までになって来ている。電子ビーム描画装置はパターン発生機能を有する特徴からマスク開発に使われてきた。しかし、光の波長以下の転写性を実現する超解像技術の導入や、高集積化に伴うマスクデータの肥大など、光リソグラフィ技術の進展に伴って処理時間が増大し、マスク1層当り数十時間を要するようになってきている。   On the other hand, as for masks, development costs have been increasing with the progress of miniaturization of semiconductors, and the number of masks per LSI chip has reached several hundred million yen. Electron beam lithography systems have been used for mask development because of their features having a pattern generation function. However, processing time increases with the progress of photolithography technology, such as the introduction of super resolution technology that achieves transferability below the wavelength of light, and enlargement of mask data due to high integration, and the number per mask layer It takes ten hours.

電子ビーム描画方式は、細く絞った電子ビームによる一筆書きと呼ばれる方式にはじまり、可変矩形方式と呼ばれる、数平方ミクロンを一括描画する方式など、描画方式を発展させてきた。しかし、現行の可変矩形ビームでは、近年マスクパターンがますます微細化するのに同期して、使用できる可変矩形ビームの縦幅と横幅は小さくなっていく。そのためにショット数は加速度的に厖大化し、マスク一層あたり200時間(8日)以上かかるものも出現している。   The electron beam drawing method has been developed from a method called single stroke writing with a finely narrowed electron beam, and a drawing method such as a method called collective drawing of several square microns called variable rectangular method. However, with the current variable rectangular beam, the vertical width and the horizontal width of the variable rectangular beam that can be used are getting smaller in synchronization with the recent miniaturization of the mask pattern. For this reason, the number of shots is accelerated at an accelerating rate, and it takes 200 hours (eight days) or more per mask.

そこで、マスク描画処理時間の短縮を通じて、マスク価格の高騰を抑える目的や、高価なマスクを介さないで、電子ビーム描画装置によるウェハへの直接描画を実現する、マスクレスリソグラフィ技術が注目されるようになり、複数の電子ビームを用いて並列に描画処理するマルチビーム型の装置が提案され、処理能力を数十倍以上にすることが期待されている。   Therefore, maskless lithography technology that achieves direct drawing on a wafer by an electron beam drawing apparatus without using an expensive mask for the purpose of suppressing the increase in mask price through shortening of mask drawing processing time is attracting attention As a result, a multi-beam type apparatus has been proposed which performs drawing processing in parallel using a plurality of electron beams, and it is expected to increase the processing capacity to several tens of times or more.

マスクレスリソグラフィ技術では、産業上有益な処理能力は、300mm直径のウェハを1時間当たり10枚以上描画処理することが必要とされている。そのためには、電子ビーム1本当たりの処理能力から、略100本ほどの電子ビームによるマルチ電子ビーム描画装置の実現が求められる。したがって、300mmウェハ上に100(10×10)本の電子ビームを発生させるには、30mmピッチ以下で電子ビームを同時に複数発生させる技術が求められる。30mmピッチ以下で電子ビームを同時に発生させると、隣接する電子銃陰極の電界が電子銃陰極間で互いに影響しあうので、電子銃陰極のサイズは20mm以下であることが望ましい。 In the maskless lithography technology, an industrially useful throughput is required to process at least 10 wafers of 300 mm diameter per hour. For this purpose, it is required to realize a multi-electron beam drawing apparatus using about 100 electron beams, from the processing capacity per electron beam. Therefore, in order to generate 100 (10 × 10) electron beams on a 300 mm wafer, a technique for generating a plurality of electron beams simultaneously at a pitch of 30 mm or less is required. Simultaneously generating an electron beam at 30mm pitch below, the electric field adjacent the electron gun cathode influence each other between the electron gun cathode, the size of the electron gun cathode is desirably 20mm or less.

電子ビーム描画装置の処理能力は、電子ビーム強度に比例し、感光物質であるレジストの感度に反比例する。電子ビーム描画装置では、電子間相互作用のために、大きな電流でビームがぼけてしまうので、電子ビーム1本あたり略1μAの電流値に制限しなければならない事情がある。   The throughput of the electron beam writing apparatus is proportional to the electron beam intensity and inversely proportional to the sensitivity of the resist as the photosensitive material. In the electron beam drawing apparatus, since the beam is blurred by a large current due to the interaction between electrons, there is a situation that the current value must be limited to about 1 μA per electron beam.

一方、極微細(15nmから10nmの線幅)なLSIパターンは、感度が低いレジスト(100μC/cm前後)によらないと、意図した描画精度が得られないと考えられる。これらの制約から、略600cmある300mmウェハは、60,000秒以上の描画時間がかかる計算になる。略100本のマルチコラムではこれを600秒以下とすることができる。 On the other hand, it is considered that the intended drawing accuracy can not be obtained unless using an extremely fine (15 nm to 10 nm line width) LSI pattern with a low sensitivity resist (about 100 μC / cm 2 ). Due to these limitations, a 300 mm wafer of approximately 600 cm 2 is calculated to require a drawing time of 60,000 seconds or more. With approximately 100 multi-columns, this can be reduced to 600 seconds or less.

このような電子ビーム描画装置の電子銃陰極として、従来使用されてきたものはLaBまたはCeBの円錐台形形状の熱電子放出型電子銃陰極であった。先端の円錐台形部の直径は50μmφであって、円錐台形の傾斜角度は、60度程度であった。この電子銃陰極は、1×10−6pascal以上の真空下において1600℃程度で加熱をして用いていた。この時の輝度は50kVで1×107A/cmsteradianであり、かなり大きな輝度であったが、1600℃では、LaBまたはCeBの昇華によって、70μm/700時間(1ヶ月)の減耗が発生した。そこで、先端の円錐台形部の直径が最初50μmであったものが10μmから20μmに先鋭化されるので、輝度はさらに大きくなるが、照射均一性が劣化する。すなわち、狭い範囲しか均一に照射されなくなるので、パターン精度が劣化する。このために、LaBまたはCeBを使用した電子銃陰極の寿命は1ヶ月程度しかなく、通常半年から1年の寿命が必要である電子ビーム描画装置では、基本的に不十分であった。このために、10個のLaBまたはCeB電子銃陰極を回転交換可能な、ターレット電子銃陰極ユニットなどを使用しているシステムもあった。 As the electron gun cathode of such an electron beam drawing apparatus, what has been conventionally used is a thermionic emission electron gun cathode of LaB 6 or CeB 6 in the shape of a truncated cone. The diameter of the truncated cone portion of the tip was 50 μmφ, and the inclination angle of the truncated cone was about 60 degrees. The electron gun cathode was used after heating at about 1600 ° C. under a vacuum of 1 × 10 −6 pascal or higher. The luminance at this time was 1 × 10 7 A / cm 2 steradian at 50 kV, and the luminance was quite large, but at 1600 ° C., 70 μm / 700 hours (one month) was consumed by sublimation of LaB 6 or CeB 6 There has occurred. Therefore, although the diameter of the truncated conical portion at the tip is initially 50 μm is sharpened from 10 μm to 20 μm, the luminance is further increased but the irradiation uniformity is degraded. That is, since only a narrow range is irradiated uniformly, the pattern accuracy is degraded. For this reason, the life of the electron gun cathode using LaB 6 or CeB 6 is only about one month, and it is basically insufficient in an electron beam writing apparatus which usually needs a half to one year life. For this purpose, there has also been a system using a turret electron gun cathode unit or the like capable of rotating and exchanging 10 LaB 6 or CeB 6 electron gun cathodes .

しかしながら、前項に記載する10個のLaBまたはCeB電子銃陰極を回転交換可能な、ターレット電子銃陰極ユニットでも、電子銃陰極使用時間に追従して先端の形状がどんどん変化する事が大きな課題であった。 However, even with the turret electron gun cathode unit capable of rotating and exchanging the 10 LaB 6 or CeB 6 electron gun cathodes described in the preceding paragraph, the major problem is that the shape of the tip changes more and more according to the use time of the electron gun cathode. Met.

このような状況下において、従来のLaBまたはCeBよりも数十倍以上の高い輝度と、6ヶ月以上の長寿命性を同時に具備している電子銃が産業界で必要とされていた。 Under such circumstances, there has been a need in the industry for an electron gun simultaneously having a luminance several tens times higher than that of conventional LaB 6 or CeB 6 and a long life of six months or more.

特許公開平8−212952号公報Patent Publication No. Hei 8-212952 特許公開平6−181029号公報Patent Publication No. 6-181029

電子・イオンビームハンドブック第3版 日本学術振興会第132委員会編編集委員長 裏克己 日刊工業新聞社平成10年10月28日 P119 図4.Electronics and Ion Beam Handbook 3rd Edition Editor's Chairperson, 132nd Committee of Japan Society for the Promotion of Science Katsumi Ura The Nikkan Kogyo Shimbun, October 28, 1998 P119 Figure 4.

電子銃の高輝度と長寿命を同時に成立させる。   At the same time, high brightness and long life of the electron gun are established.

本発明にかかる電子銃は、LaBまたはCeBをもとにした熱電子放射材料を用いて、加熱し、熱電子を放出する状態において、メタンガスまたはエタンガスを電子銃室の内部に真空内部のガス分圧が1×10−4pascal以下の流量を流して使用することを特徴とする電子銃である。このことによって、連続的に大きなエミッション電流を得ることができる。なぜこのように大きなエミッション電流を得ることができるようになるかという原理については後述するのでここでは詳述しないが、高輝度の電子銃が得られる。 The electron gun according to the present invention uses a thermionic emission material based on LaB 6 or CeB 6 to heat methane gas or ethane gas into the inside of the electron gun chamber in a vacuum state in the state of heating and emitting thermions. The electron gun is characterized in that a flow rate at a gas partial pressure of 1 × 10 -4 pascal or less is used. By this, a large emission current can be obtained continuously. Although the principle of why such a large emission current can be obtained will be described later and will not be described in detail here, an electron gun with high brightness can be obtained.

LaBまたはCeBに炭化水素系のガスを流して、1000℃から1500℃に加熱すると、ガスを流さない場合の放出電子量の30倍から100倍のエミッション電流が得られるようになる。炭化水素系のガスには、メタン、エタン、プロパン、ブタンがある。電子銃室に流した場合に、LaBのエミッション電流値を大きくする効果はこの4種類のガスには共通した性質であることが実験的に判っている。 When a hydrocarbon-based gas is flowed through LaB 6 or CeB 6 and heated to 1000 ° C. to 1500 ° C., an emission current of 30 to 100 times the amount of emitted electrons without flowing the gas can be obtained. Hydrocarbon-based gases include methane, ethane, propane and butane. It is experimentally found that the effect of increasing the emission current value of LaB 6 when flowing into the electron gun chamber is a property common to the four types of gases.

しかし、プロパンガスでは、4×10−4pascal以上のガス分圧が必要となる。ブタンではさらに1×10−3pascal以上のガス分圧が必要となる。原因は不明だが、ガス分圧とLaBまたはCeBの蒸発量の間には概略の比例関係があるために、これらのガスではLaBまたはCeBの蒸発量が大きくなり、電子銃の寿命が短くなるので炭素数が3または4であるプロパンガスまたはブタンガスは不適切である。従って、炭化水素ガスは分圧を低くできるメタンガスが最適であるが、エタンガスでも十分使用できる。 However, with propane gas, a gas partial pressure of 4 × 10 −4 pascal or more is required. Butane requires a gas partial pressure of at least 1 × 10 −3 pascal. Although the cause is unknown, since there is a rough proportionality between the gas partial pressure and the evaporation amount of LaB 6 or CeB 6 , these gases increase the evaporation amount of LaB 6 or CeB 6 and the life of the electron gun Propane gas or butane gas having 3 or 4 carbon atoms is inappropriate because Therefore, although methane gas which can lower the partial pressure is optimum as the hydrocarbon gas, ethane gas can be sufficiently used.

本発明によれば、電子銃の高輝度化と長寿命を同時に成立させることができる。   According to the present invention, it is possible to simultaneously achieve high brightness and long life of the electron gun.

本発明の実施形態の1について示す図である。It is a figure shown about 1 of embodiment of this invention. 本発明の電子銃にガスを入れた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which put gas in the electron gun of this invention. 本発明の実施形態の2について示す図である。It is a figure shown about 2 of embodiment of this invention. 微小ガス流量制御機構の実施形態1の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of Embodiment 1 of a micro gas flow rate control mechanism. 微小ガス流量制御機構の実施形態2の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of Embodiment 2 of a micro gas flow rate control mechanism. 本実施形態でのエミッション電流増大の原理説明図である。It is principle explanatory drawing of the emission current increase in this embodiment. 本実施形態でのエミッション電流増大の原理説明図の2である。It is 2 of principle explanatory drawing of the emission current increase in this embodiment. レニウムカバー電子銃の説明図である。It is explanatory drawing of a rhenium cover electron gun.

本発明を実施する形態(実施形態)について、図を参照しながら説明する。   A mode (embodiment) for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

「実施形態の特徴」
半導体(LSI)製造工程の回路パターンを描画するリソグラフィ分野で活用される電子ビーム描画技術において、処理能力を飛躍的に高めるために熱電子銃の熱電子放出電流強度の強い高輝度かつ長寿命の電子銃の実現を可能とする。現状において、電子ビーム描画装置では、処理速度を高速化するために、電子銃を多数個搭載したマルチコラム型電子ビーム描画装置を必要としているが、マルチコラム化する前に1個の電子銃の輝度と寿命の積を最大限高めることが望ましい。
"Features of the embodiment"
In electron beam lithography technology used in the lithography field for drawing circuit patterns in semiconductor (LSI) manufacturing processes, high-intensity, long-life, high-intensity, high-temperature thermionic emission current of thermionic gun to dramatically increase processing capacity Enables the realization of electron guns. At present, the electron beam lithography system needs a multi-column electron beam lithography system equipped with a large number of electron guns in order to speed up the processing speed. It is desirable to maximize the product of brightness and life.

電子銃陰極が高輝度であるためには、いわゆる仕事関数が小さいか、リチャードソンダッシュマン係数が大きい必要がある。仕事関数は、物質内部から真空中に電子を放出するためのエネルギーをeV単位で表した値である。この値が小さいほど電子を放出しやすい。
リチャードソンダッシュマン係数は、電子放出面の電子発生効率を示すもので、この値が大きいほど、電子放出が大きい。この両者のつり合いによって、エミッション電流が最大となる。本実施形態では、主に仕事関数は小さくせず、リチャードソンダッシュマン係数を飛躍的に大きくすることを意図するものとする。
In order for the electron gun cathode to have high brightness, it is necessary for the so-called work function to be small or the Richardson-Dashman coefficient to be large. The work function is a value representing the energy for emitting electrons from inside the substance into a vacuum in eV. The smaller this value is, the easier it is to emit electrons.
The Richardson-Dashman coefficient indicates the electron generation efficiency of the electron emission surface, and the larger this value, the larger the electron emission. The balance between the two maximizes the emission current. In the present embodiment, it is mainly intended that the work function is not reduced but the Richardson-Dashman coefficient is increased dramatically.

従来使用されているLaBまたはCeB電子銃陰極はリチャードソンダッシュマン係数が100程度と小さいので、高輝度で使用する場合、高温化し温度を1600℃付近に昇温して使用するために、蒸発量が多大であり寿命は700時間程度しかなかった。1600℃付近の使用では、一時間に約0.1μmの蒸発量があり、約1ヵ月に相当する700時間では70μmの蒸発量となる。このため、高圧電界印加の為、LaBの先端を角度60度の円錐台形で、先端平面は直径50μmの円形平坦面にした従来型の電子銃陰極では、1600℃で700時間使用すると、先端が減耗して先端平面の直径が小さくなる、また、減耗した分、先端部の高さが低くなり、電子が出るための高圧電界が印加しにくくなる。本実施形態ではリチャードソンダッシュマン係数が従来の30倍から100倍であるために温度を1000℃から1500℃とでき、1600℃と比較して100℃から500℃低く使用できるので、蒸発量が10分の1から、100分の1と小さく、高輝度であっても寿命が6ヶ月程度と長く安定である。なお、温度は、1300℃〜1400℃の範囲が特に好適であり、その場合、従来と比較して、200〜300℃低い温度にできる。 Since the LaB 6 or CeB 6 electron gun cathode used conventionally has a small Richardson-Dashman coefficient of about 100, when used at high brightness, it is necessary to raise the temperature to around 1600 ° C. for use. The amount of evaporation was large and the life was only about 700 hours. For use near 1600 ° C., there is an evaporation of about 0.1 μm in one hour, and in 700 hours corresponding to about one month, the evaporation is 70 μm. For this reason, in the conventional electron gun cathode with the tip of LaB 6 in a truncated cone with an angle of 60 degrees and the tip plane being a circular flat surface with a diameter of 50 μm for applying high voltage electric field, the tip when used at 1600 ° C for 700 hours The tip surface is reduced in diameter, and the tip portion is lowered in height due to the loss, and it becomes difficult to apply a high voltage electric field for emitting electrons. In this embodiment, since the Richardson-Dashman coefficient is 30 to 100 times that of the conventional one, the temperature can be set to 1000 ° C. to 1500 ° C. and can be used 100 ° C. to 500 ° C. lower than 1600 ° C. It is as small as one-tenth to one-hundredth, and the life is stable as long as about six months even with high luminance. The temperature is particularly preferably in the range of 1300 ° C. to 1400 ° C. In that case, the temperature can be lowered by 200 to 300 ° C. as compared with the conventional case.

「実施形態の構成」
以下の文においてメタンガスとエタンガスの説明はほぼ同様であるためにメタンガスのみで説明するが、実施形態と効用においてメタンガスとエタンガスは、ほとんど同様である。また、LaBとCeBは説明がほぼ同様であるためにLaBのみで説明するが、実施形態と効用においてLaBとCeBは、ほぼ同様である。
"Configuration of embodiment"
In the following description, the description of methane gas and ethane gas is almost the same, so only methane gas will be described, but methane gas and ethane gas are almost similar in the embodiment and the effect. Although LaB 6 and CeB 6 description will be given only in LaB 6 in order to be substantially similar, LaB 6 and CeB 6 in the embodiment and the effect is substantially the same.

図1は、本実施形態の電子銃の実施形態の1を説明する図である。
メタンガスボンベ101からメタンガスが臨機的または連続的に供給される。メタンガスはガス圧力調整器102をとおして、微小ガス流量制御機構103を用いて電子銃陰極室に接続する真空室108(電子銃陰極室側よりもガス分圧が高い下流側の真空室)に流入させられる。電子銃陰極からエミッション電子流が出ている状態で、メタンガスに電子が当たると、メタンガスは電離してイオン化し、CH ,またはCH というイオンとなる、このイオンは陰極である電子銃陰極にぶつかりLaBと反応する。供給するガスの量は、電子銃陰極からの電子の放出量が大きいほど多くするとよい。
FIG. 1 is a view for explaining 1 of the embodiment of the electron gun of the present embodiment.
Methane gas is supplied from a methane gas cylinder 101 either instantaneously or continuously. Methane gas passes through the gas pressure regulator 102 to the vacuum chamber 108 (a downstream vacuum chamber having a higher gas partial pressure than the electron gun cathode chamber side) connected to the electron gun cathode chamber using the micro gas flow rate control mechanism 103. It is made to flow. When an electron strikes methane gas in a state where an emission electron current is emitted from the electron gun cathode , the methane gas is ionized to be ionized to become an ion called CH 4 + or CH 3 + . This ion is a cathode. react with LaB 6 hit the cathode. The amount of gas supplied may be increased as the amount of electron emission from the electron gun cathode increases.

LaBは硼素とランタンが結晶を形成している。炭化水素であるCH またはCH 中の水素原子は硼素原子と反応し、モノボランBH、ジボランBの形で真空中に蒸発していく。その結果LaB結晶表面近傍の硼素格子は破壊してランタン原子が液滴となってLaB結晶表面に析出し、付着した状態になる。 LaB 6 has crystals of boron and lanthanum. The hydrogen atom in the hydrocarbon CH 4 + or CH 3 + reacts with the boron atom and evaporates in vacuum in the form of monoborane BH 3 or diborane B 2 H 6 . Consequently LaB 6 boron lattice of the crystalline near-surface is deposited on the LaB 6 crystal surface lanthanum atoms to break becomes a droplet, the deposited state.

上記の反応で余った炭素原子はランタン原子液滴層に取り込まれ炭素原子がランタン原子同士を強力に結合せしめる。ランタン原子は融点が920℃であり、1200℃以上では有限の蒸気圧を有しているので、真空中へ蒸発しようとするが、炭素原子がランタン原子同士を結合せしめているので蒸発速度は著しく低くなっている。   The remaining carbon atoms in the above reaction are taken into the lanthanum atom droplet layer, and the carbon atoms strongly bond the lanthanum atoms together. The lanthanum atom has a melting point of 920 ° C. and has a finite vapor pressure at 1200 ° C. or higher, so it tries to evaporate into a vacuum, but the carbon atoms combine the lanthanum atoms, so the evaporation rate is remarkable It's getting lower.

図1に戻ると、真空チャンバーは隔壁104bで電子銃陰極室106、電子銃陰極室に隣接する真空室108に分離され、隔壁104aで、電子ビーム描画装置の電子レンズおよび偏向器を具備する真空室109の真空室に分離されている。なお、隔壁104bは電子銃陰極材料105の先端に対面する位置に中心微細孔が形成され、さらに隔壁104aにも対応する部分に中心微細孔が形成されることで、電子銃陰極材料105の先端部分からのエミッション電子流(電子ビーム111)が下方に向けて放出される。メタンガスは真空室108に入り、隔壁104bの中心微細孔約1mmΦを通過して電子銃陰極室106に入る。 Referring back to FIG. 1, the vacuum chamber is separated into an electron gun cathode chamber 106 by a partition 104b and a vacuum chamber 108 adjacent to the electron gun cathode chamber, and a vacuum comprising an electron lens and a deflector of an electron beam drawing apparatus by a partition 104a. The vacuum chamber of the chamber 109 is separated. The partition 104b is formed with a central microhole at a position facing the tip of the electron gun cathode material 105, and a central microhole is also formed in a portion corresponding to the partition 104a, whereby the tip of the electron gun cathode material 105 is formed. An emission electron stream (electron beam 111) from the part is emitted downward. Methane gas enters the vacuum chamber 108, passes through the central fine hole of about 1 mm in the partition wall 104b, and enters the electron gun cathode chamber 106.

電子銃陰極室106にはLaB結晶からなる電子銃陰極材料105が中心軸上に設置されている。電子銃陰極室106はターボ分子ポンプ107aで真空引きされている。電子銃陰極室106に隣接する真空室108はターボ分子ポンプ107bで真空引きされている。電子ビーム111は3つの真空室である、電子銃陰極室106、真空室108、真空室109を順次通過する。静電偏向器112と電磁レンズまたは磁界偏向器113を格納する真空室109で電子ビーム111は収束及び偏向され、描画に使用される。真空室109はターボ分子ポンプ107cにて真空引きされる。3つのターボ分子ポンプ107a、107b,107cは粗引きポンプ110にて真空引きされる。 Electron gun cathode material 105 consisting of LaB 6 crystal is disposed on the center axis in the electron gun cathode chamber 106. The electron gun cathode chamber 106 is evacuated by a turbo molecular pump 107a. The vacuum chamber 108 adjacent to the electron gun cathode chamber 106 is evacuated by the turbo molecular pump 107 b. The electron beam 111 sequentially passes through three vacuum chambers: an electron gun cathode chamber 106, a vacuum chamber 108, and a vacuum chamber 109. The electron beam 111 is converged and deflected in a vacuum chamber 109 containing an electrostatic deflector 112 and an electromagnetic lens or magnetic field deflector 113 and used for drawing. The vacuum chamber 109 is evacuated by the turbo molecular pump 107 c. The three turbo molecular pumps 107 a, 107 b and 107 c are evacuated by the roughing pump 110.

電子銃陰極材料105に所定の負の電圧を印加した状態で、電子銃陰極材料105の温度が1000℃から1500℃に維持する。これによって、電子銃陰極材料105から電子(熱電子)ビームが射出される。   With a predetermined negative voltage applied to the electron gun cathode material 105, the temperature of the electron gun cathode material 105 is maintained at 1000 ° C. to 1500 ° C. As a result, an electron (thermoelectron) beam is emitted from the electron gun cathode material 105.

図2は本実施形態の電子銃にガスを入れた状態を示す図である。真空室108内に導入されたメタンガス202は電子ビーム201によってイオン化しCH 、CH となる。イオン203は電子銃陰極材料105が負の電位を有するために電子銃陰極に向かって引き寄せられる。 FIG. 2 is a view showing a state in which gas is introduced into the electron gun of the present embodiment. The methane gas 202 introduced into the vacuum chamber 108 is ionized by the electron beam 201 to be CH 4 + and CH 3 + . The ions 203 are attracted toward the electron gun cathode because the electron gun cathode material 105 has a negative potential.

図3は実施形態の2について示す図である。本図は実施形態1と比較して酸素ガスボンベ系統が一つ追加されている。すなわち、酸素ガスボンベ301から出た酸素はガス圧力調整器302を通して微小ガス流量制御機構303を通して流量及び分圧が微妙に調整される。メタンガスと酸素ガスを併用する理由はランタン原子液滴層の結合力を強めるためである。なお、メタンガスまたはエタンガスとともに酸素ガスを内部のガス分圧が2×10−5pascal以下となる流量で臨機的または連続的に流すとよい。また、これらガス流量は、電子銃陰極材料105からの電子の放出量に応じて変化させることが好ましい。すなわち、電子の放出量が大きいほどガス量を多くするとよい。 FIG. 3 is a view showing 2 of the embodiment. In this figure, one oxygen gas cylinder system is added as compared to the first embodiment. That is, the flow rate and partial pressure of the oxygen that has come out of the oxygen gas cylinder 301 are finely adjusted through the gas pressure regulator 302 and the fine gas flow rate control mechanism 303. The reason for using methane gas and oxygen gas together is to strengthen the bonding force of the lanthanum atom droplet layer. In addition, it is preferable to flow the oxygen gas together with methane gas or ethane gas realistically or continuously at a flow rate such that the internal gas partial pressure is 2 × 10 −5 pascal or less. Further, these gas flow rates are preferably changed in accordance with the amount of electrons emitted from the electron gun cathode material 105. That is, it is preferable to increase the amount of gas as the amount of emitted electrons is larger.

図4は微小ガス流量制御機構103の実施形態の1を示す。微小ガス流量制御機構に流入するガス401は最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微小ガス流路402のみを通過して、微小ガス流量制御機構を流れ出ていくガス406となる。ここで微小ガス流路402の最小断面積S0は、30平方μmであり、長さLは20mmである。図の403は電気信号によって駆動される微細開口403の流量を遮断または通過せしめる駆動弁408によって遮断されている。同様に図の404は電気信号によって駆動される微細開口404の流量を遮断または通過せしめる駆動弁409によって遮断されている。同様に図の405は電気信号によって駆動される微細開口405の流量を遮断または通過せしめる駆動弁410によって遮断されている。   FIG. 4 shows one of the embodiments of the micro gas flow rate control mechanism 103. The gas 401 flowing into the minute gas flow rate control mechanism passes through only the minute gas flow path 402 having a length of L with a minute opening having the minimum cross-sectional area S0 and becomes the gas 406 flowing out of the minute gas flow rate control mechanism . Here, the minimum cross-sectional area S0 of the micro gas flow channel 402 is 30 square μm, and the length L is 20 mm. 403 in the figure is shut off by a drive valve 408 which shuts off or passes the flow rate of the fine opening 403 driven by an electrical signal. Similarly, 404 in the figure is shut off by a drive valve 409 which shuts off or passes the flow rate of the fine opening 404 driven by the electrical signal. Similarly, 405 in the figure is shut off by a drive valve 410 which shuts off or passes the flow rate of the fine opening 405 driven by an electrical signal.

図の403の微小開口の断面積は60平方μmであり、404の微小開口の断面積は120平方μmであり405の微小開口の断面積は240平方μmである。これによって、4つの微小開口断面積は0から450平方μmまで30平方μm毎に1倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍、11倍、12倍、13倍、14倍、15倍まで16種類の流量を選択できるので、微小流量が電気的に制御できる。ここで全ての微細流路の長さは共通のL=20mmである。図の4の上図では、メタンガスが流れることのできる微細流路の総断面積は30平方μmである。図4の下図では、メタンガスが流れることのできる微細流路の総面積は210平方μmである。このように図4では30平方μm の整数倍、すなわち2進数表示された整数倍の流量が選択出来る。   The cross-sectional area of the micro-aperture of 403 in the figure is 60 square μm, the cross-sectional area of the micro-aperture of 404 is 120 square μm, and the cross-sectional area of the micro-aperture of 405 is 240 square μm. By this, the four micro aperture cross-sections from 0 to 450 square μm can be 1x, 2x, 3x, 4x, 5x, 6x, 7x, 8x, 9x, 10x every 30 square μm Since it is possible to select 16 kinds of flow rates from 11 times, 12 times, 13 times, 14 times and 15 times, the minute flow rate can be electrically controlled. Here, the length of all the micro flow channels is common L = 20 mm. In the upper part of 4 in the figure, the total cross-sectional area of the fine channels through which methane gas can flow is 30 square μm. In the lower part of FIG. 4, the total area of fine channels through which methane gas can flow is 210 square μm. Thus, in FIG. 4, it is possible to select a flow rate which is an integral multiple of 30 square μm, that is, an integral multiple expressed in binary number.

図5は、微小ガス流量制御機構の実施形態2の動作説明図である。実施形態1と異なる点について述べる。微細流路は501から510まで全て断面積S0は同一断面積であって、流路の長さはL=20mmで全てのガス流路の通過流量は等しい。図の511は電気的に可働する併進駆動による弁であり、全ての流路を遮断すると完全遮断となる。最小流量を1とすると、1から単位1で10通りの流量が制御できる。単位流量の7倍の流量を通過させることができるのが併進駆動による弁512の状態である。微細流路501から507まではガス(気体)を通過せしめ、508から510の微細流路は全て遮断する併進駆動弁は512である。   FIG. 5 is an operation explanatory view of Embodiment 2 of the minute gas flow rate control mechanism. Points different from the first embodiment will be described. The fine channels 501 to 510 all have the same cross-sectional area S0, the length of the channels is L = 20 mm, and the flow rates of all the gas channels are equal. In the figure, reference numeral 511 denotes an electrically active translational drive valve, which is completely shut off when all the flow paths are shut off. Assuming that the minimum flow rate is 1, 10 flow rates can be controlled from 1 to 1 unit. It is the state of the valve 512 by the translational drive that can pass a flow rate seven times the unit flow rate. Microflow channels 501 to 507 are made to pass gas (gas), and 512 are translational drive valves that shut off all the microflow channels 508 to 510.

図6は本実施形態でのエミッション電流増大の原理説明図である。通常のLaB結晶601は電気陰性度2.04の硼素原子6個からなる正八面体が8個で一つの空間的立方体を構成した格子結晶を形成している。この格子結晶の中心に一つのランタン原子が存在する。ランタン原子の電気陰性度は1.1である。電気陰性度が大きいほど電子が引き寄せられるので、ランタン原子は電子を周囲の硼素に渡してプラスの電荷を持ちやすく熱電子放射がしやすい。しかしながら、硼素による結晶格子が存在するために端面から平面的に見た電子の放出しやすさであるリチャードソンダッシュマン係数は80〜100程度に留まっている。もしもランタン原子の液滴のみであれば、このリチャードソンダッシュマン係数は、さらに数十倍から100倍程度に大きくなることが予測されていた。我々はLaB結晶にメタンガスを作用させることによりLaB結晶の硼素結晶格子が完全に破壊し、ランタン原子液滴が剥き出しになることを実験的に確かめた。また、これによりリチャードソンダッシュマン係数が100倍程度に向上することも実験的に確認した。 FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of increasing the emission current in the present embodiment. Normal LaB 6 crystal 601 to form a lattice crystal octahedron of six boron atoms electronegativity 2.04 constituted the single spatial cube 8. One lanthanum atom exists at the center of this lattice crystal. The electronegativity of the lanthanum atom is 1.1. Since the larger the electronegativity, the more electrons are attracted, and the lanthanum atom passes the electrons to the surrounding boron to easily have a positive charge and to emit thermionic electrons. However, because of the presence of a crystal lattice of boron, the Richardson-Dashman coefficient, which is the ease of emission of electrons viewed in plan from the end face, remains at about 80 to 100. If only droplets of lanthanum atoms are used, it is predicted that the Richardson-Dashman coefficient will be several dozen times to about 100 times larger. We boron crystal lattice of the LaB 6 crystal by the action of methane gas was completely destroyed LaB 6 crystal, lanthanum droplet is experimentally confirmed to become exposed. We also experimentally confirm that this improves the Richardson-Dashman coefficient by about 100 times.

LaB結晶601にメタン分子606がイオン化したものが引き寄せられ硼素原子がメタンガス内の水素原子と反応しモノボラン607、ジボラン608として真空内に飛散していく。この事でLaB結晶の表面付近の硼素結晶格子は破壊され、ランタン原子液滴が剥き出しになる。これが602であり、LaB結晶から析出したランタン原子液滴602はLaBの表面に付着している609と同一のものである。次に余剰の炭素原子がランタン原子液滴内に留まってランタン原子同士の結合力を強め、また、LaB結晶表面への結合を強める。これは図の610であり、図の603と同一のものである。 What the methane molecule 606 is ionized is attracted to the LaB 6 crystal 601, and the boron atom reacts with the hydrogen atom in the methane gas and disperses in the vacuum as monoborane 607 and diborane 608. This in LaB 6 boron crystal lattice near the surface of the crystal is destroyed, lanthanum droplet is exposed. This is the 602, lanthanum droplets 602 deposited from LaB 6 crystal is the same as the 609 adhering to the surface of the LaB 6. Next, excess carbon atoms stay in the lanthanum atom droplets to strengthen the bonding between the lanthanum atoms and to strengthen the bonding to the LaB 6 crystal surface. This is 610 in the figure and is identical to 603 in the figure.

さらに酸素原子を導入するとランタン原子液滴内の結合能力が強くなる。そこで酸素分子611を電子銃陰極室106に導入し、ランタン原子液滴層に吸収しランタン原子同士の結合力を強め酸素原子と炭素原子が協力してランタン原子液滴層をLaB結晶表面に固定している。このことは、図の612と604に示されている。 Further, the introduction of oxygen atoms strengthens the bonding ability in the lanthanum atom droplet. Therefore, oxygen molecules 611 are introduced into the electron gun cathode chamber 106, absorbed in the lanthanum atom droplet layer, and the bonding force between the lanthanum atoms is enhanced, and the oxygen atom and the carbon atom cooperate to form the lanthanum atom droplet layer on the LaB 6 crystal surface. It is fixed. This is illustrated at 612 and 604 in the figure.

図7は本実施形態のエミッション電流増大の原理説明図の2である。電子銃陰極材料105の先端部に着目すると、LaB結晶701の表面はメタンガスイオン704によって硼素原子による結晶格子が破壊され、ランタン原子液滴が露出している。このランタン原子702液滴層は炭素原子703によってランタン原子同士の結合力が強くなる。また、LaB結晶への付着力も強くなる。これによってエミッション電流が通常LaBの100倍の強度を持つようになる。 FIG. 7 is a second explanatory view of the principle of increasing the emission current according to this embodiment. Focusing on the tip of the electron gun cathode material 105, methane gas ions 704 destroy the crystal lattice due to boron atoms on the surface of the LaB 6 crystal 701, and the lanthanum atom droplets are exposed. In this lanthanum atom 702 droplet layer, the bond strength between the lanthanum atoms is enhanced by the carbon atom 703. In addition, the adhesion to the LaB 6 crystal also becomes strong. This emission current will have a 100 times stronger than normal LaB 6.

図8はレニウムカバー電子銃の説明図である。通常のLaB結晶全体からLaBが蒸発するので、PG(パイロリティック・グラファイト)ヒーター803a、803bの上に降り積もりヒーター抵抗が時間と共に低くなり、一定電流を流し続ける場合に温度が時間経過と共に段々低くなる。そこでLaB結晶が直接ヒーターに蒸着しないように、LaBと直接反応しない高融点金属であるレニウムで構成したレニウムカバー802がLaB結晶を覆っている。すなわち、電子銃陰極材料の実質的な先端部分(電子がエミッションされる部分)以外の部分をレニウムカバー802が覆う。また、LaB結晶の先端のみから熱電子が放出されるようにLaB結晶の側面と底面はレニウムカバー802とレニウムからできた裏蓋805によって被覆されている。804a、804bは把持具でありセラミック円板806に設置されている。本実施形態は図8のような形態でも使用でき、その場合には、LaB結晶801の先端部のみで主たる目的を達成する。すなわちエミッション電流の著しい増加はLaB結晶801の先端面とわずかに見える先端側壁のみで起こりレニウムカバー802に被覆されたLaB結晶801の円筒側面の大部分ではこの反応は起きずエミッション電流の増大もない。 FIG. 8 is an explanatory view of a rhenium-covered electron gun. Since LaB 6 evaporates from the entire normal LaB 6 crystal, it is deposited on PG (pyrolytic graphite) heaters 803a, 803b and the heater resistance decreases with time, and the temperature gradually increases with time if constant current is kept flowing. It gets lower. Therefore, as LaB 6 crystal is not deposited directly heater, rhenium cover 802 configured with rhenium which is a refractory metal which does not react directly with LaB 6 covers the LaB 6 crystal. That is, the rhenium cover 802 covers a portion other than the substantial tip portion (the portion from which electrons are emitted ) of the electron gun cathode material. Further, side surfaces and the bottom surface of the LaB 6 crystal such thermal electrons are emitted only from the tip of the LaB 6 crystal is covered by back cover 805 made from rhenium cover 802 and rhenium. Reference numerals 804 a and 804 b denote holding tools, which are provided on the ceramic disk 806. This embodiment can also be used as shown in FIG. 8, in which case the main object is achieved only with the tip of the LaB 6 crystal 801. That is, a significant increase in emission current occurs only at the tip side of the LaB 6 crystal 801 and on the tip side wall slightly visible. This reaction does not occur on most of the cylindrical side surface of the LaB 6 crystal 801 coated on the rhenium cover 802 Nor.

この電子銃陰極は、高輝度かつ長寿命で、安定に電子放出を行うために、通常電子ビーム描画装置に使用できる。また、電子銃陰極交換をしないで寿命6ヶ月以上を達成できるために、マルチ電子ビーム描画装置に適した電子銃が実現できる。また、低真空度で使用しても寿命6ヶ月以上を確保できるため、低真空度で稼働するエックス線源電子銃にも使用できる。また、軸の直径を10μm以下として使用すれば、高輝度長寿命の走査型電子顕微鏡または、透過型電子顕微鏡の電子銃として使用できる。なお、低真空度でも使用できるので、電子ビームを用いた三次元電子ビーム溶接造形機でも電子銃として使用できる。
また、電子銃陰極先端部は先鋭にとがらせてもよく、超微細パターンの描画装置や観察用電子顕微鏡に使用することも好適である。
The electron gun cathode can be generally used in an electron beam drawing apparatus to stably emit electrons with high brightness and long life. In addition, since it is possible to achieve a life of 6 months or more without exchanging the electron gun cathode , it is possible to realize an electron gun suitable for a multi electron beam drawing apparatus. In addition, since a life of 6 months or more can be secured even when used at a low degree of vacuum, it can also be used for an X-ray source electron gun operated at a low degree of vacuum. In addition, if the diameter of the axis is 10 μm or less, it can be used as an electron gun for a high brightness long life scanning electron microscope or a transmission electron microscope. In addition, since a low degree of vacuum can be used, a three-dimensional electron beam welding machine using an electron beam can also be used as an electron gun.
In addition, the tip of the electron gun cathode may be sharpened, and it is also preferable to use it in a drawing apparatus for an ultrafine pattern or an observation electron microscope.

以上により、電子銃として高輝度かつ長寿命を達成するので、本実施形態による電子銃は、電子ビーム描画装置、電子線顕微鏡、電子ビーム検査装置、エックス線発生機などを含んで、電子銃を元にした電子ビーム応用装置産業分野全般において多大な貢献をなす。   As described above, since the high intensity and long life are achieved as the electron gun, the electron gun according to the present embodiment includes an electron beam drawing device, an electron beam microscope, an electron beam inspection device, an X-ray generator, etc. We will make a great contribution to the electron beam applied equipment industry in general.

電子ビーム描画装置では1本の電子銃から従来のLaBまたはCeB電子銃陰極の10倍以上の高輝度化が必要とされている。50kVで10A/cm2steradianの輝度が必要である。このために、従来のLaBまたはCeB電子銃陰極の通常使用温度1500℃であったものを、1600℃まで高温化して使用する必要がある。このようにすると電子銃陰極の寿命は短くなり、1ヶ月で70μm程度昇華し消耗してしまう。このために1ヶ月に一度程度の頻度で真空チャンバーを大気リークし電子銃陰極の交換を必要としていた。しかし、本実施形態の1においてはメタンガスを1×10−5pascalを流し使用温度を1200℃とし、通常LaB結晶の1600℃相当の高輝度が得られていた。この事から高輝度かつ6ヶ月の寿命を達成できることが分かった。 In the electron beam drawing apparatus, it is necessary to increase the luminance 10 times or more than that of the conventional LaB 6 or CeB 6 electron gun cathode from one electron gun. A luminance of 10 7 A / cm 2 steradian at 50 kV is required. For this purpose, it is necessary to use the conventional LaB 6 or CeB 6 electron gun cathode that has been used at a normal operating temperature of 1500 ° C. by raising the temperature to 1600 ° C. In this case, the life of the electron gun cathode is shortened, and it is sublimed to about 70 μm in one month and consumed. For this purpose, the vacuum chamber was leaked to the atmosphere about once a month, and it was necessary to replace the electron gun cathode . However, in 1 of the present embodiment, methane gas was flowed at 1 × 10 −5 pascal and the use temperature was set to 1200 ° C., and a high luminance equivalent to 1600 ° C. of the LaB 6 crystal was usually obtained. From this, it was found that high brightness and a life of 6 months can be achieved.

従来の電子銃では、電子ビーム描画装置の保守に1ヶ月に1日の保守時間が必要とされていたが、本発明の電子銃では6ヶ月に1日の保守時間とできるため、保守費用を安く済ませることができる。   In the conventional electron gun, a maintenance time of 1 day per month is required for maintenance of the electron beam drawing apparatus, but with the electron gun of the present invention, the maintenance time can be 1 day per 6 months. It can be done cheaply.

これをマルチコラム化し、マルチビーム化することによって、10nmから5nmの半導体製造の微細化が可能となる。さらに集積度が上がる事で微細パターンを持つ人工知能およびニューロン模倣に基づいた脳型コンピューター産業と自動運転車、各種ロボット、危険箇所作業用ロボット、介護用ロボット、対話型共存ロボット、大規模建築物と大規模工事を迅速に作業するロボット、人間の意識をアップロードしてその時点における人間の記憶意識、思考過程を写し取り、それ以降はその人間の思考方法と記憶を引き継いで生きる意識的に無限の生命を有する不老不死の人工脳など、将来の人工知能の巨大産業となる半導体産業を構築するために使用できる。   By multi-columning and multi-beaming this, it is possible to miniaturize semiconductor production of 10 nm to 5 nm. Furthermore, the brain-type computer industry and automatic driving vehicles based on artificial intelligence and neuron imitation having fine patterns by increasing the degree of integration, various robots, robots for working at dangerous places, robots for nursing care, interactive coexistence robots, large-scale buildings And robots that work large-scale work quickly, upload human consciousness, copy human's memory awareness at that time, thinking process, and from that point on consciously infinite living on that human thinking method and memory It can be used to build a semiconductor industry that will be a huge industry of artificial intelligence in the future, such as an immortal artificial brain with life.

また、本実施形態の電子銃はエックス線放射装置にも使用でき、高輝度大電流長寿命の電子銃として全X線用電子銃として大きな力を発揮する。エックス線放射装置は交通機関における危険物発見用装置ならびに癌、脳出血、脳梗塞などを診断する健康診断用の用途で非常に巨大な市場を有している。以上を見たように本実施形態の電子銃は五兆円以上の巨大産業の中核を成すものとして貢献する。   In addition, the electron gun of the present embodiment can also be used for an X-ray radiation apparatus, and exerts great power as an electron gun for all X-rays as an electron gun with high brightness and large current and long life. The X-ray radiation device has a very large market for a device for detecting dangerous goods in transportation and a medical diagnostic application for diagnosing cancer, cerebral hemorrhage, cerebral infarction and the like. As described above, the electron gun of the present embodiment contributes as a core of a large industry of 5 trillion yen or more.

101 メタンガスボンベ
102 ガス圧力調整器
103 微小ガス流量制御機構
104a、104b 真空室仕切り板
105 電子銃陰極材料
106 電子銃陰極
107a、107b、107c、 ターボ分子ポンプ
108 電子銃陰極室に隣接する真空室
109 電子ビーム描画装置の電子レンズおよび偏向器を具備する真空室
110 粗引きポンプ
111 電子ビーム
112 静電偏向器
113 電子レンズまたは電磁偏向器
201 エミッションされた電子ビーム
202 メタンガスまたはエタンガス
203 メタンガスまたはエタンガスが分解してできたイオンでCH またはCH
301 酸素ガスボンベ
302 ガス圧力調整器
303 微小ガス流量調整機構
401 微小ガス流量制御機構に流入するガスの流れ
402 最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微細流路
403 最小断面積S0の2倍の微細開口を具備した長さがLの微細流路
404 最小断面積S0の4倍の微細開口を具備した長さがLの微細流路
405 最小断面積S0の8倍の微細開口を具備した長さがLの微細流路
406 微小ガス流量制御機構から排出されるガスの流れ
407 電気信号によって駆動される微細開口402の流量を遮断または通過せしめる駆動弁
408 電気信号によって駆動される微細開口403の流量を遮断または通過せしめる駆動弁
409 電気信号によって駆動される微細開口404の流量を遮断または通過せしめる駆動弁
410 電気信号によって駆動される微細開口405の流量を遮断または通過せしめる駆動弁
411 電気信号によって駆動される微細開口402の流量を遮断または通過せしめる駆動弁
412 電気信号によって駆動される微細開口403の流量を遮断または通過せしめる駆動弁
413 電気信号によって駆動される微細開口404の流量を遮断または通過せしめる駆動弁
414 電気信号によって駆動される微細開口405の流量を遮断または通過せしめる駆動弁
501 最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微細流路
502 最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微細流路
503 最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微細流路
504 最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微細流路
505 最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微細流路
506 最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微細流路
507 最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微細流路
508 最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微細流路
509 最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微細流路
510 最小断面積S0を具備した微細開口で長さがLの微細流路
511 併進駆動による弁であり、微細流路501はガスを通過せしめ、502から510の微細流路は全て遮断する併進駆動弁
512 併進駆動による弁であり、微細流路501から507まではガスを通過せしめ、508から510の微細流路は全て遮断する併進駆動弁
601 LaB結晶
602 LaB結晶上のランタン原子液滴層
603 LaB結晶上のランタン原子液滴層内で炭素原子がランタン原子同士を相互に結合している様子
604 LaB結晶上のランタン原子液滴層内で炭素原子と酸素原子がランタン原子同士を相互に結合している様子
605 LaB結晶
606 メタン分子
607 モノボラン
608 ジボラン
609 LaB結晶の硼素格子が水素原子と反応しモノボラン・ジボランを生成して蒸発し硼素格子が破壊したために、LaB結晶の表面に析出したランタン原子液滴層
610 LaB結晶上のランタン原子液滴層内で炭素原子がランタン原子同士を相互に結合している様子
611 酸素分子
612 酸素分子がランタン原子液滴層に衝突し酸素原子に分解し、炭素原子と酸素原子がランタン原子同士を相互に結合している様子
701 LaB結晶
702 ランタン原子
703 炭素原子
704 CH イオン
801 LaB結晶で半径の異なる円柱からなる電子陰極材料
802 レニウムカバー
803a、803b PG(パイロリティック・グラファイト)ヒーター
804a,804b 把持具
805 レニウムカバーにLaB結晶を固定するレニウムでできた裏蓋のめねじ
806 セラミック円板
101 Methane gas cylinder 102 Gas pressure regulator 103 Micro gas flow rate control mechanism 104a, 104b Vacuum chamber partition plate 105 Electron gun cathode material 106 Electron gun cathode chamber 107a, 107b, 107c, Turbo molecular pump 108 Vacuum chamber adjacent to electron gun cathode chamber 109 Vacuum chamber 110 equipped with electron lens and deflector of electron beam writing apparatus Roughing pump 111 Electron beam 112 Electrostatic deflector 113 Electron lens or electromagnetic deflector 201 Emitted electron beam 202 Methane gas or ethane gas 203 Methane gas or ethane gas CH 4 + or CH 3 + with ions formed by decomposition
301 Oxygen gas cylinder 302 Gas pressure regulator 303 Micro gas flow rate adjustment mechanism 401 Flow of gas flowing into micro gas flow rate control mechanism 402 Micro opening having a minimum cross sectional area S0 and a micro flow passage 403 having a length L A minimum cross sectional area S0 The fine channel 404 with a length L having a fine opening twice as large as the fine channel with a length L of 4 having a minimum cross-sectional area S0 The fine channel 405 with a length L with a micro-opening 8 times a minimum cross-sectional area S0 The minute flow path 406 having a length of L. The gas flow 407 discharged from the minute gas flow rate control mechanism. The electric valve 407 which shuts off or passes the flow of the minute opening 402 driven by the electric signal. Drive valve 409 for blocking or passing the flow rate of the fine opening 403 Drive valve for shutting off or passing the flow rate of the fine opening 404 driven by the electrical signal 10 Drive valve 411 which shuts off or passes the flow rate of the fine opening 405 driven by electrical signal Flow rate of the fine opening 403 driven by the electrical signal. Drive valve 413 which shuts off or passes through the flow of the fine opening 404 driven by the electric signal. Drive valve 414 shuts down or passes through the flow of the fine opening 405 driven by the electric signal. A fine channel having a length of L and a fine channel having a length L A fine channel having a minimum cross-sectional area S0 and a length L having a micro channel 503 A fine opening having a minimum cross-sectional area S0 and a length of L Channel 504 A fine channel having a minimum cross-sectional area S0 and a length L of a micro-channel 505 a minimum cross-sectional area S A fine channel having a length of L with a fine opening 506 A fine channel having a minimum cross sectional area S0 with a length of L 507 A fine opening with a minimum cross sectional area S0 with a length of L Flow channel 508 A fine opening having a minimum cross-sectional area S0 and a fine flow channel 509 having a length L A fine opening having a minimum cross-sectional area S0 a fine flow channel 510 having a length L A fine opening having a minimum cross-sectional area S0 The micro-flow passage 511 is a valve by translational drive with a length of L, and the micro-flow passage 501 is a valve by translational drive valve 512 that allows gas to pass and shuts off all the microflow passages 502 to 510 from the passage 501 to 507 passed through the gas, translational drive valve 601 to shut off all 510 micro channel from 508 LaB 6 crystal 602 LaB lanthanum droplet layer 603 on 6 crystal LaB 6 Koh on crystal How carbon atoms atoms droplet layer is a carbon atom and an oxygen atom in state 604 LaB 6 lanthanum droplets layer on the crystal bonded to each other lanthanum each other are bonded to each other lanthanum atoms with each other 605 LaB 6 crystal 606 methane molecule 607 monoborane 608 diborane 609 LaB 6 crystal's boron lattice reacts with hydrogen atoms to form monoborane / diborane and evaporates to destroy the boron lattice, so lanthanum atoms deposited on the surface of LaB 6 crystal Droplet layer 610 A state in which carbon atoms mutually connect lanthanum atoms in the lanthanum atomic droplet layer on the LaB 6 crystal 611 oxygen molecules 612 oxygen molecules collide with the lanthanum atomic droplet layer and are decomposed into oxygen atoms A carbon atom and an oxygen atom mutually connecting a lanthanum atom 701 LaB 6 crystal 702 a lanthanum atom 70 3 carbon atoms 704 CH 4 + ions 801 LaB 6 crystals consisting of circular cylinders with different radiuses Rhenium cover 802 rhenium cover 803a, 803b PG (pyrolytic graphite) heater 804a, 804b holding tool 805 LaB 6 crystal fixed to rhenium cover Female screw 806 ceramic disk with back cover made of rhenium

Claims (7)

LaBまたはCeBを含む電子銃陰極材料を加熱し、電子銃陰極材料から熱電子を放出する電子銃において、
電子銃陰極材料の温度が1000℃から1500℃に維持され、電子銃陰極材料の存在する電子銃陰極室と真空でつながれた真空室の内部に、メタンガスまたはエタンガスを真空室内部のガス分圧で1×10−4pascal以下の流量を臨機的または連続的に、流し、メタンガスまたはエタンガスが電子銃室に導入されている状態において、
電子銃陰極材料から熱電子を放出する、ことを特徴とする電子銃。
Heat pressing the electron gun cathode material containing LaB 6 or CeB 6, in the electron gun which emits thermal electrons from an electron gun cathode material,
In the vacuum chamber connected to the electron gun cathode chamber where the temperature of the electron gun cathode material is maintained at 1000 ° C. to 1500 ° C. and the electron gun cathode material in a vacuum, methane gas or ethane gas is used. the following flow 1 × 10 -4 pascal to prn or continuously, and the flow, in a state where methane gas or ethane gas is introduced into the electron gun chamber,
Electron gun An electron gun characterized by emitting thermoelectrons from a cathode material .
請求項1に記載の電子銃であって、
電子銃陰極材料に対面する微細開口で電子銃室に接続され、電子銃室側よりもガス分圧が高い下流側の真空室側から、メタンガスまたはエタンガスを流入せしめて、電子銃陰極材料に負電位を印加し、電子銃陰極材料の先端からのエミッション電流によって、メタンガスまたはエタンガスの気体を+の電荷を有するイオンとし、電子銃陰極材料と結合しやすくすることを特徴とする電子銃。
The electron gun according to claim 1, wherein
The methane gas or ethane gas is allowed to flow in from the downstream vacuum chamber side connected to the electron gun chamber by the fine opening facing the electron gun cathode material and the gas partial pressure is higher than the electron gun chamber side, An electron gun characterized by applying a potential and making methane gas or ethane gas an ion having a positive charge by the emission current from the tip of the electron gun cathode material to make it easy to combine with the electron gun cathode material.
請求項1に記載の電子銃であって、
電子銃陰極材料を温度1000℃から1500℃の範囲の温度でメタンガスまたはエタンガスとともに酸素ガスを真空内部のガス分圧が2×10−5pascal以下となる流量で臨機的または連続的に、流すことを特徴とする電子銃。
The electron gun according to claim 1, wherein
Flowing the electron gun cathode material at a temperature in the range of 1000 ° C. to 1500 ° C. together with methane gas or ethane gas either realistically or continuously, at a flow rate such that the gas partial pressure inside the vacuum is 2 × 10 −5 pascal or less Electron gun characterized by
請求項1に記載の電子銃であって、
電子を放出する先端部において、電子放出面側から見た実質的な先端部分以外の面の大部分をカバーする金属からなり、カバーが電子銃陰極材料であるLaBまたはCeBと直接反応しない高融点金属からなることを特徴とする電子銃。
The electron gun according to claim 1, wherein
The tip portion emitting electrons is made of a metal that covers most of the surface other than the substantial tip portion viewed from the electron emission surface side, and the cover does not directly react with the electron gun cathode material LaB 6 or CeB 6 An electron gun characterized by comprising a high melting point metal.
請求項4に記載の電子銃であって、
カバーを構成する高融点金属がレニウムであることを特徴とする電子銃。
The electron gun according to claim 4,
An electron gun characterized in that the refractory metal constituting the cover is rhenium.
請求項1に記載の電子銃であって、
電子銃の電子放出量に応じて、電子銃室の内部に流れるガス分圧を変化せしめることを特徴とする電子銃。
The electron gun according to claim 1, wherein
An electron gun characterized by changing a partial pressure of gas flowing inside an electron gun chamber according to an electron emission amount of the electron gun.
請求項1から請求項6のいずれか1つに記載の電子銃であって、元となるLaBまたはCeBの結晶の表面近傍の硼素原子格子をメタンガスまたはエタンガスで破壊し、ランタン原子液滴またはセリウム原子液滴を、LaBまたはCeBの結晶の表面に析出せしめて、炭素原子もしくは酸素原子もしくは炭素原子と酸素原子の両者を用いて、ランタン原子またはセリウム原子の融点を超えて温度を上げても、ランタン原子同士またはセリウム原子同士を強力に結合せしめ、さらにLaBまたはCeBの結晶の表面に強力に付着せしめ、蒸発を抑えた状態でエミッション電流を放出させることを特徴とする電子銃。 7. The electron gun according to any one of claims 1 to 6 , wherein the boron atomic lattice near the surface of the original LaB 6 or CeB 6 crystal is destroyed with methane gas or ethane gas, and the lanthanum atom droplet Alternatively, a cerium atom droplet is deposited on the surface of the LaB 6 or CeB 6 crystal, and the temperature is raised above the melting point of the lanthanum atom or the cerium atom using carbon atom or oxygen atom or both carbon atom and oxygen atom. Electrons characterized by strongly bonding lanthanum atoms or cerium atoms to each other and strongly attaching them to the surface of LaB 6 or CeB 6 crystals and emitting emission current while suppressing evaporation. gun.
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