JPH0131256B2 - - Google Patents
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- JPH0131256B2 JPH0131256B2 JP54157983A JP15798379A JPH0131256B2 JP H0131256 B2 JPH0131256 B2 JP H0131256B2 JP 54157983 A JP54157983 A JP 54157983A JP 15798379 A JP15798379 A JP 15798379A JP H0131256 B2 JPH0131256 B2 JP H0131256B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/13—Solid thermionic cathodes
- H01J1/15—Cathodes heated directly by an electric current
- H01J1/16—Cathodes heated directly by an electric current characterised by the shape
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はアパーチヤ投影型の電子ビーム露光
装置に関する。
装置に関する。
従来用いられてきたランタンヘキサボーライド
を熱陰極とする電子銃の構造において、熱電子を
取り出し易くするため、陰極先端付近の形状は、
電界の集中により高電界となるように第１図ａあ
るいはｂに示すように、鋭くとがらせるかあるい
は円錐上の頂点に曲率をもたせた半球面状に加工
されるのが常であつた。このような形状とした場
合、陽極の高電圧による電界が先端に集中し電子
ビームの殆んどは先端付近のみより放出され、更
にウエネルトの負電位の効果により、先端以外か
らの電子放射は制限を受ける。しかし、最近高輝
度、大電流の電子ビームの取出せる陰極として注
目されている単結晶ランタンヘキサボーライドの
場合には、必ずしもこのような形状が最良である
とは限らない。何故ならば、単結晶の場合、電子
放射のし易さの目やすとなるリチヤードソン定数
および仕事函数に結晶方位依存性のあることが見
い出されているので、先端形状を鋭角あるいは球
面状とした場合には、その先端付近にはあらゆる
結晶方位が存在することになり、したがつて電子
の放射し易い方位だけでなく放射されにくい方位
も存在することになる。更にこのような形状で
は、先端付近における電界強度も場所によつて異
なる。その結果として得られるクロスオーバーの
電流密度分布及び放射電流の強度角度分布が不均
一になる。第２図ａ，ｂに＜100＞方位を軸とす
るチツプからのクロスオーバー形状を放射電流パ
ターン（エミツシヨンパターン）の図を、チツプ
温度を変数として示す。ここでT1≒1400、T2≒
1500、T3≒1550、Ｔ≒1600℃である。ただしバ
イアス電圧は温度T3で輝度が１×106A／Str・mm2
となるように設定してある。このように温度制限
領域では（ＴT3）クロスオーバー形状とエミ
ツシヨンパターンは４回対称で、このために上記
クロスオーバーの電流密度分布及び放射電流の角
度分布が不均一になる。空間電荷制御領域（Ｔ
T3）ではクロスオーバー形状は円形であるが、
エミツシヨンパターンは不均一、クロスオーバー
の電流密度分布はガウス分布に近くなるが、放射
電流の分布はガウス分布までにならない。クロス
オーバー像の縮少像を用いる電子線露光装置では
使用条件がT3ないしT4となり、アパーチヤー投
影型の電子線露光装置ではアパーチヤーを均一に
照明する必要からT4となる。すなわち、アパー
チヤ投影型では、アパーチヤに対しては、第２図
ｂのT3に示されるようなエミツシヨンパータン
では、アパーチヤに対して均一T2照射を行なう
ことは困難である。よつて、温度は考慮せず、エ
ミツシヨンパターンに関してのみ言えば、T4に
示すような円形状のパターンが望ましい。
を熱陰極とする電子銃の構造において、熱電子を
取り出し易くするため、陰極先端付近の形状は、
電界の集中により高電界となるように第１図ａあ
るいはｂに示すように、鋭くとがらせるかあるい
は円錐上の頂点に曲率をもたせた半球面状に加工
されるのが常であつた。このような形状とした場
合、陽極の高電圧による電界が先端に集中し電子
ビームの殆んどは先端付近のみより放出され、更
にウエネルトの負電位の効果により、先端以外か
らの電子放射は制限を受ける。しかし、最近高輝
度、大電流の電子ビームの取出せる陰極として注
目されている単結晶ランタンヘキサボーライドの
場合には、必ずしもこのような形状が最良である
とは限らない。何故ならば、単結晶の場合、電子
放射のし易さの目やすとなるリチヤードソン定数
および仕事函数に結晶方位依存性のあることが見
い出されているので、先端形状を鋭角あるいは球
面状とした場合には、その先端付近にはあらゆる
結晶方位が存在することになり、したがつて電子
の放射し易い方位だけでなく放射されにくい方位
も存在することになる。更にこのような形状で
は、先端付近における電界強度も場所によつて異
なる。その結果として得られるクロスオーバーの
電流密度分布及び放射電流の強度角度分布が不均
一になる。第２図ａ，ｂに＜100＞方位を軸とす
るチツプからのクロスオーバー形状を放射電流パ
ターン（エミツシヨンパターン）の図を、チツプ
温度を変数として示す。ここでT1≒1400、T2≒
1500、T3≒1550、Ｔ≒1600℃である。ただしバ
イアス電圧は温度T3で輝度が１×106A／Str・mm2
となるように設定してある。このように温度制限
領域では（ＴT3）クロスオーバー形状とエミ
ツシヨンパターンは４回対称で、このために上記
クロスオーバーの電流密度分布及び放射電流の角
度分布が不均一になる。空間電荷制御領域（Ｔ
T3）ではクロスオーバー形状は円形であるが、
エミツシヨンパターンは不均一、クロスオーバー
の電流密度分布はガウス分布に近くなるが、放射
電流の分布はガウス分布までにならない。クロス
オーバー像の縮少像を用いる電子線露光装置では
使用条件がT3ないしT4となり、アパーチヤー投
影型の電子線露光装置ではアパーチヤーを均一に
照明する必要からT4となる。すなわち、アパー
チヤ投影型では、アパーチヤに対しては、第２図
ｂのT3に示されるようなエミツシヨンパータン
では、アパーチヤに対して均一T2照射を行なう
ことは困難である。よつて、温度は考慮せず、エ
ミツシヨンパターンに関してのみ言えば、T4に
示すような円形状のパターンが望ましい。
電子銃の寿命は陰極の使用温度によつて殆んど
左右されるといつてよく、高温では陰極の蒸発、
ヒーターの変質等により寿命は短かくなる。した
がつて、陰極温度は、必要なクロスオーバー像、
エミツシヨンパターン、輝度が得られる範囲内
で、できるだけ低温にて用いることが望ましい。
この低温度によつて現われる電子ビームの様子
を、従来の方位が無数に存在するような構造の場
合と本発明の先端を平面にした場合についての差
異を以下に詳しく説明する。
左右されるといつてよく、高温では陰極の蒸発、
ヒーターの変質等により寿命は短かくなる。した
がつて、陰極温度は、必要なクロスオーバー像、
エミツシヨンパターン、輝度が得られる範囲内
で、できるだけ低温にて用いることが望ましい。
この低温度によつて現われる電子ビームの様子
を、従来の方位が無数に存在するような構造の場
合と本発明の先端を平面にした場合についての差
異を以下に詳しく説明する。
先端が従来構造の球面となつている場合、結晶
方位が無数に存在するため、前記したように、リ
チヤードソン定数が大きく、仕事函数の低い方位
からの電子ビームが強く現われ、それは１つとは
限らず複数個であるのが常である。我々の実験結
果によると、チツプ軸方位に＜100＞方位を用い
た場合には先に述べたように４つのビーム、＜110
＞方位及び＜111＞方位の場合には第３図ａ，ｂ
に示すようにそれぞれ２つと６つものビームが現
われ、このような状態での露光は不可能である。
もちろんこのような低温でもウエネルト電極電位
を深くすることにより、これらの複数個のビーム
を１つにすることは可能であるが、輝度が低下し
てしまう。従つてレジスタを感光させるには長時
間の露光が必要となり、スピードの要求される露
光装置の電子銃としては不充分である。これを避
けるには陰極温度を上昇させればよいが、それに
よつて寿命が低下する。寿命に関して言及すると
使用温度が1600℃の場合は500時間以下であるが、
1500℃の場合には2000時間以上である。
方位が無数に存在するため、前記したように、リ
チヤードソン定数が大きく、仕事函数の低い方位
からの電子ビームが強く現われ、それは１つとは
限らず複数個であるのが常である。我々の実験結
果によると、チツプ軸方位に＜100＞方位を用い
た場合には先に述べたように４つのビーム、＜110
＞方位及び＜111＞方位の場合には第３図ａ，ｂ
に示すようにそれぞれ２つと６つものビームが現
われ、このような状態での露光は不可能である。
もちろんこのような低温でもウエネルト電極電位
を深くすることにより、これらの複数個のビーム
を１つにすることは可能であるが、輝度が低下し
てしまう。従つてレジスタを感光させるには長時
間の露光が必要となり、スピードの要求される露
光装置の電子銃としては不充分である。これを避
けるには陰極温度を上昇させればよいが、それに
よつて寿命が低下する。寿命に関して言及すると
使用温度が1600℃の場合は500時間以下であるが、
1500℃の場合には2000時間以上である。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもの
で、チツプの先端を微少面積の平面で構成し、放
射電流の面異方性をなくすことを目的としてい
る。
で、チツプの先端を微少面積の平面で構成し、放
射電流の面異方性をなくすことを目的としてい
る。
以下、本発明の詳細を図面に参照しながら説明
する。
する。
本発明の一実施例を第４図ａ，ｂに示す。チツ
プの軸方位は＜100＞、チツプ先端の円錐の頂角
は90度、円錐先端は100μｍφの円形の平面に加
工してある。このようなチツプ形状では、先端の
円形平面上から主にビームが放射され、チツプ斜
面からは放射されないことがわかつた。第４図
ｃ，ｄにこのチツプから得られたクロスオーバー
形状とエミツシヨンパターンの温度依存性を示
す。この図からわかるように、T1〜T4の全領域
でクロスオーバー形状とエミツシヨンパターンは
１つである。さらに重要なことは温度制限領域
（T1〜T3）で、クロスオーバーの電流密度分布及
び放射電流の角度分布が第４図ｅ，ｆに示すよう
に短形状であることである。空間電荷制限領域
（T4）では、共にガウス分布となる。したがつて
このようなチツプはアパーチヤー投影型の電子線
露光装置に適用して低温で動作させることができ
る。何故なら、放射電流の角度分布が短形で均一
に分布しているため、アパーチヤー投影型の電子
線露光装置では、アパーチヤーを均一にしかも有
効に照明できるためである。
プの軸方位は＜100＞、チツプ先端の円錐の頂角
は90度、円錐先端は100μｍφの円形の平面に加
工してある。このようなチツプ形状では、先端の
円形平面上から主にビームが放射され、チツプ斜
面からは放射されないことがわかつた。第４図
ｃ，ｄにこのチツプから得られたクロスオーバー
形状とエミツシヨンパターンの温度依存性を示
す。この図からわかるように、T1〜T4の全領域
でクロスオーバー形状とエミツシヨンパターンは
１つである。さらに重要なことは温度制限領域
（T1〜T3）で、クロスオーバーの電流密度分布及
び放射電流の角度分布が第４図ｅ，ｆに示すよう
に短形状であることである。空間電荷制限領域
（T4）では、共にガウス分布となる。したがつて
このようなチツプはアパーチヤー投影型の電子線
露光装置に適用して低温で動作させることができ
る。何故なら、放射電流の角度分布が短形で均一
に分布しているため、アパーチヤー投影型の電子
線露光装置では、アパーチヤーを均一にしかも有
効に照明できるためである。
チツプ先端の平面の面積が広いほどビームの放
射角は広がり、アパーチヤー投影型の露光装置に
対して効果的である。しかし平面の面積が広いほ
ど輝度は低下することが判明した。先端を平面と
したことにより、先端付近の電界の強度が低下し
たためと考えられた。そこで発明者等は陰極と陽
極の距離を近くし、ウエネルト前面の電界強度を
大きくした。チツプ先端の平面の面積が0.25mm2よ
り広いと、第６図に示したように描画するために
必要な輝度が１×105A／cm2・Strより低下し、電
子線露光装置には不適当であることが判明した。
射角は広がり、アパーチヤー投影型の露光装置に
対して効果的である。しかし平面の面積が広いほ
ど輝度は低下することが判明した。先端を平面と
したことにより、先端付近の電界の強度が低下し
たためと考えられた。そこで発明者等は陰極と陽
極の距離を近くし、ウエネルト前面の電界強度を
大きくした。チツプ先端の平面の面積が0.25mm2よ
り広いと、第６図に示したように描画するために
必要な輝度が１×105A／cm2・Strより低下し、電
子線露光装置には不適当であることが判明した。
また、低温で用いることにより蒸発が抑制され
長寿命となるが、この他に電界の集中が先端平面
に対して均一であるので、陽イオンによる衝撃も
一部分の領域に集中することがないので低真空度
におけるイオンスパツターによる劣化も減少し、
長寿命の一因となる。
長寿命となるが、この他に電界の集中が先端平面
に対して均一であるので、陽イオンによる衝撃も
一部分の領域に集中することがないので低真空度
におけるイオンスパツターによる劣化も減少し、
長寿命の一因となる。
形状についてのその他の応用例として第５図
ａ，ｂ，ｃに示した。ａは長さ全体が円柱あるい
は角柱であつて、先端が平面になつている。ｂは
先端への電界集中がし易いように、先端の一部の
み径あるいは辺を小さくした円柱あるいは角柱と
なつており、先端はやはり平面に加工されてい
る。ｃは角部とウエネルト間の接触、放電等を防
ぐため、角部を丸くあるいは鈍角としたｂの変形
であり、先端はやはり平面に仕上げられている。
ａ，ｂ，ｃに示した。ａは長さ全体が円柱あるい
は角柱であつて、先端が平面になつている。ｂは
先端への電界集中がし易いように、先端の一部の
み径あるいは辺を小さくした円柱あるいは角柱と
なつており、先端はやはり平面に加工されてい
る。ｃは角部とウエネルト間の接触、放電等を防
ぐため、角部を丸くあるいは鈍角としたｂの変形
であり、先端はやはり平面に仕上げられている。
なお、構造はランタンヘキサボーライドのみに
限らず、仕事函数に結晶方位、異方性がある結晶
を用いた陰極全てに対して有効である。何故な
ら、これは電子光学上の問題であり、材質の問題
ではないからである。その他の有効な材質とし
て、ランタンヘキサボーライド以外の硼化物単結
晶、チタニウムカーパイト、ジルコニウムカーバ
イト、タンタルカーバイト、ハフニウムカーバイ
ト単結晶等あるいは、これらの単結晶に不純物を
混入したものが考えられる。
限らず、仕事函数に結晶方位、異方性がある結晶
を用いた陰極全てに対して有効である。何故な
ら、これは電子光学上の問題であり、材質の問題
ではないからである。その他の有効な材質とし
て、ランタンヘキサボーライド以外の硼化物単結
晶、チタニウムカーパイト、ジルコニウムカーバ
イト、タンタルカーバイト、ハフニウムカーバイ
ト単結晶等あるいは、これらの単結晶に不純物を
混入したものが考えられる。
第１図ａ，ｂはランタンヘキサボーライド陰極
チツプの従来の構造例を示す斜視図、第２図ａは
従来構造の場合得られる＜100＞方位チツプによ
るクロスオーバー像の温度依存性を示す説明図、
同図ｂは従来構造の＜100＞方位チツプによるエ
ミツシヨンパターンの温度依存性を示す説明図、
第３図ａは従来構造の＜110＞方位チツプによる
低温度下クロスオーバー像を示す説明図、同図ｂ
は従来構造の＜111＞方位チツプによる低温度下
クロスオーバー像を示す説明図、第４図ａは本発
明の一実施例のチツプ正面図、同図ｂは同平面
図、同図ｃは本発明による構造の場合に得られる
エミツシヨンパターンの温度依存性を示す説明
図、同図ｄは本発明による構造の場合に得られる
クロスオーバー像の温度依存性を示す説明図、同
図ｅは本発明による構造の場合に得られるエミツ
シヨンパターンの分布の温度依存性を示す説明
図、同図ｆは本発明による構造の場合に得られる
クロスオーバー像の温度依存性を示す説明図、第
５図ａ，ｂ，ｃは本発明の他の実施例を示す概略
構成図、第６図は陰極先端平面領域の面積と輝度
の関係を示す特性図である。
チツプの従来の構造例を示す斜視図、第２図ａは
従来構造の場合得られる＜100＞方位チツプによ
るクロスオーバー像の温度依存性を示す説明図、
同図ｂは従来構造の＜100＞方位チツプによるエ
ミツシヨンパターンの温度依存性を示す説明図、
第３図ａは従来構造の＜110＞方位チツプによる
低温度下クロスオーバー像を示す説明図、同図ｂ
は従来構造の＜111＞方位チツプによる低温度下
クロスオーバー像を示す説明図、第４図ａは本発
明の一実施例のチツプ正面図、同図ｂは同平面
図、同図ｃは本発明による構造の場合に得られる
エミツシヨンパターンの温度依存性を示す説明
図、同図ｄは本発明による構造の場合に得られる
クロスオーバー像の温度依存性を示す説明図、同
図ｅは本発明による構造の場合に得られるエミツ
シヨンパターンの分布の温度依存性を示す説明
図、同図ｆは本発明による構造の場合に得られる
クロスオーバー像の温度依存性を示す説明図、第
５図ａ，ｂ，ｃは本発明の他の実施例を示す概略
構成図、第６図は陰極先端平面領域の面積と輝度
の関係を示す特性図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 仕事函数あるいはリチヤードソン定数に結晶
面異方性がある熱陰極材料からなり、かつ先端は
電子ビームを引き出す電界の方向に対し垂直な平
面を有する略円錐形状であつて、前記平面の面積
が0.25mm2より小であり、かつ前記円錐形状の頂角
を直角になるようにした陰極チツプを備えた電子
銃と、この電子銃から放射された電子ビームが一
様に照射され、前記ビームを所定の形状に整形す
るアパーチヤとを備えたことを特徴とする電子線
露光装置。 ２ 前記チツプ平面上から主としてビームが放射
され、チツプ斜面からは放射されない単一ビーム
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の電子線露光装置。 ３ 前記チツプ先端の平面の面積は、ビームの放
射がアパーチヤを一様に照射する広さである特許
請求の範囲第１項記載の電子線露光装置。 ４ 前記チツプの軸方位は＜100＞であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子線露
光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15798379A JPS5682539A (en) | 1979-12-07 | 1979-12-07 | Electron gun |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15798379A JPS5682539A (en) | 1979-12-07 | 1979-12-07 | Electron gun |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2128300A Division JPH0719744B2 (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | 電子ビーム露光方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5682539A JPS5682539A (en) | 1981-07-06 |
| JPH0131256B2 true JPH0131256B2 (ja) | 1989-06-23 |
Family
ID=15661673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15798379A Granted JPS5682539A (en) | 1979-12-07 | 1979-12-07 | Electron gun |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5682539A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58223247A (ja) * | 1982-06-22 | 1983-12-24 | Toshiba Corp | 電子銃の輝度設定方法 |
| JPS5912534A (ja) * | 1982-07-13 | 1984-01-23 | Fujitsu Ltd | 熱電子放出陰極 |
| JPS5960952A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-07 | Fujitsu Ltd | 電子ビ−ム露光装置用電子銃 |
| JPH0719744B2 (ja) * | 1990-05-18 | 1995-03-06 | 株式会社東芝 | 電子ビーム露光方法 |
| JPWO2004073010A1 (ja) * | 2003-02-17 | 2006-06-01 | 電気化学工業株式会社 | 電子銃 |
| JP2009205800A (ja) * | 2006-06-19 | 2009-09-10 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 電子源 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5588233A (en) * | 1978-12-26 | 1980-07-03 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Hexaboride single crystal cathode |
-
1979
- 1979-12-07 JP JP15798379A patent/JPS5682539A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5588233A (en) * | 1978-12-26 | 1980-07-03 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Hexaboride single crystal cathode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5682539A (en) | 1981-07-06 |
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| JPS585496B2 (ja) | 安定な熱電界放出陰極を再生可能に製造する方法 | |
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