JPH10223166A - 電子銃 - Google Patents

電子銃

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JPH10223166A
JPH10223166A JP9031410A JP3141097A JPH10223166A JP H10223166 A JPH10223166 A JP H10223166A JP 9031410 A JP9031410 A JP 9031410A JP 3141097 A JP3141097 A JP 3141097A JP H10223166 A JPH10223166 A JP H10223166A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cathode
electron gun
electron
substance
electron beam
Prior art date
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Pending
Application number
JP9031410A
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English (en)
Inventor
Shohei Suzuki
正平 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH10223166A publication Critical patent/JPH10223166A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流利用効率を高めた電子銃を提供する。 【解決手段】 本発明の電子銃においては、カソード1
の側面は、放出電流密度の低い物質2で取り囲まれてい
る。カソード1はTa製であり、周囲物質2はW製であ
る。この電子銃では、カソードの周囲物質2からは電子
ビーム4はあまり放出されず、また、カソード1の側面
からも電子ビーム4は出ない。そのため、電子ビーム4
の放出が減り、かつ光軸に寄ってまとまった線束とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に、半導体集積
回路等のリソグラフィーに用いられる電子線露光装置の
電子銃に関する。特には、電流利用効率を高めるための
改良を加えた電子銃に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電子線露光方式(可変整形方式、
セルプロ方式等)の電子銃は、空間電荷制限領域で動作
し、カソードにはLaB6 が多く用いられてきた。この
タイプの電子銃の加速電圧は、30kV程度であり、その
放出電流は通常数10μA であった。しかし、実際にエ
ミッタンスの良い照明に利用できる電流は数μA にすぎ
ず、電流の利用効率はせいぜい5%以下であった。
【0003】ところで最近になって、高解像、高スルー
プットをねらった電子線露光方式(分割転写方式等)の
検討が進められるようになってきた。このような露光方
式では、従来よりも加速電圧が高く(100kV以上)、
光学フィールドは拡大する方向に向かっている。この方
式の転写装置に使用される電子銃には、従来より低輝
度、かつ高エミッタンスの仕様が要求され、この仕様に
応えるべく、温度制限領域で動作する電子銃が検討され
るようになってきた。この電子銃のカソード先端部の形
状を図2に示す。カソード1′の径は1mm以上であり、
カソード1′の先端が平らである。そして、カソード
1′の先端1aがウエーネルト電極3より下に(アノー
ド側に)突き出た構造をしている。このタイプの電子銃
においてはエミッタンスが大幅に改善され、電流の利用
効率は20%以上にまで達している。なお、このタイプ
の電子銃の詳細については、同一出願人の出願(平成9
年1月31日出願、整理番号96P01089)を参照
されたい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記高解像、高スルー
プット用の電子銃は、加速電圧が100kV以上であり、
かつ放出電流は1mA以上となるため、電源の製造が従来
より困難となってきた。また、加速電圧が高いだけに、
無駄電流(放出電流の80%近くを占める)が、転写装
置光学系のアパーチャや壁面に当たった時に生ずる発熱
も大きな問題となっている。本発明は、主に、半導体集
積回路等のリソグラフィーに用いられる電子線露光装置
の電子銃であって、電流利用効率を高めるための改良を
加えた電子銃を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の電子銃は、カソードの側面を、カソードよ
りも放出電流密度の小さい物質で囲んだことを特徴とす
る。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明におけるカソードの側面を
囲む低放出電流密度物質の放出電流密度は、カソード物
質の10%以下が望ましい。本発明の電子銃におけるカ
ソードを構成する物質と、カソードの側面を囲む低放出
電流密度物質との組み合わせの例として、カソードT
a:周囲W、カソードLaB6 :周囲C、カソードCe
6 :周囲Cを挙げることができる。カソード本体の径
の周囲物質の外径に対する比は50〜90%が好まし
い。
【0007】温度制限領域で使用する電子銃を詳しくシ
ミュレーション計算してみると、実際にエミッタンスに
寄与しているのはカソードの中心部を含む、直径7割ま
での領域で、周辺部からの放射はエミッタンスにはまっ
たく寄与していないことがわかった。したがって、上記
無駄電流の問題を解決するため、本発明ではカソード径
を例えば6〜8割程度に小さくし、かつカソードの周囲
をカソードの材質より放出電流密度の小さい物質で囲
い、両者を加熱することにした。放出電流Jcは、Rich
ardson-Dushman方程式により次のように定義されるもの
とする。Jc=A・T2 ・e-x/kTここで温度Tは動作
温度であり、kはボルツマン定数、xは仕事関数、Aは
物質によって定まる定数を表わす。カソード及び周囲物
質の加熱は均一であることが望ましい。加熱の方式は、
炭素材の抵抗発熱体あるいは金属(W等)コイル等を用
いる方式を採用できる。
【0008】上記のようにカソードを小さくし、周囲を
放出電流密度の小さい物質で囲んでも、カソード前面
(放電面前方)の静電ポテンシャルの分布は、カソード
径の大きい場合と同じに保たれる。また、カソードとそ
の周囲を覆う物質を均等に加熱することにより、カソー
ド表面の温度分布は一様に保たれる。したがってカソー
ド表面の環境は、カソードが大きい場合とまったく同等
に保つこともできる。
【0009】ただし、カソードから放出される全電流量
が減少し、電子同士が反発して膨らもうとする力は減少
する。このためウエーネルト電圧は、カソードが大きか
った場合より数ボルト程度低めに設定し、ウエーネルト
が電子流を押え込む力も減少させねばならない。ここで
低めというのは、絶対値が低めということである。つま
り、カソードが大きかった場合のウエーネルト電圧をV
b、カソードを小さくした場合のウエーネルト電圧をV
sとするとVb<Vs<カソード電圧<0Vということ
である。
【0010】カソードの周辺の物質はカソードより放出
電流密度が小さいので、当然カソードを含めた全電流は
減少する。また、エミッタンスに寄与していたカソード
近傍の状況が、静電ポテンシャル面の形でも、温度均一
性という意味でもカソード径の大きな場合と同等に保た
れると、この電子銃の輝度、エミッタンスは変化しな
い。なお、カソード近傍の静電ポテンシャル面の形が多
少変化したとしても、ウエーネルト電圧を微調整すれば
エミッタンスは維持できる。したがって本発明により、
電子銃の性能を保ったまま全電流を大幅に減少でき、高
圧電源の容量を下げ、電流利用効率を、例えば50%以
上に高めることができる。また、無駄電流に起因する発
熱の問題も軽減できる。
【0011】図1は、本発明の実施例に係る電子銃の構
成と電子ビームの様子を示す図である。図中において、
符号1はカソードであり、2は周辺物質、3はウエーネ
ルト電極、4は電子ビームである。カソード1は断面が
円形の棒状である。ウエーネルト電極3は、カソード1
の側方に、光軸(カソード1や電子ビーム4の中心線)
の回りに対称に設けられている。ウエーネルト電極3の
中央部には、円錐形に窪んだ凹部2aが存在する。ウエ
ーネルト電極の位置とは、ウエーネルト電極3の中央部
の最も中心寄りにとがった部分3aの高さ方向(図1の
上下方向)の位置を言い、その位置は、カソード1の下
端面よりも上方にある。逆に言えば、カソードの先端が
ウエーネルト電極3の位置より下方(アノード側)に突
出している。
【0012】図1の電子銃においては、カソード1の側
面は、放出電流密度の低い物質2で取り囲まれている。
ただし、カソード1の下端の放電面1aはカソード1が
むき出しとなっている。この実施例の場合、カソード1
はTa製であり径は1.4mmである。周囲物質2はW製
であり厚さは片側で0.3mmである。カソード1の下端
面と、周囲物質2の下端面は面一となっている。このよ
うなカソード構造の製作方法は、カソード1と周囲物質
2の間が十分に密着できる方法であればどのような方法
であってもよいが、例えばスポットウェルダーによる溶
接を採用できる。この場合、カソード1と周囲物質2の
間に融点が使用温度より高い物質をはさんで接着力を強
めてもよい。例えば、Ta+Wカソードを使う場合使用
温度は1600℃前後であるので、白金(融点1772
℃)をはさんでスポットウェルディングをしてもよい。
また、LaB6 +CやCeB6 +Cの場合は、炭素のパ
イプを2分割して、LaB6 やCeB6 に押し当てても
よい。
【0013】図1の電子銃では、カソードの周囲物質2
からは電子ビーム4はあまり放出されず、また、カソー
ド1の側面からも電子ビーム4は出ない。そのため、電
子ビーム4の放出が減り、かつ光軸に寄ってまとまった
線束となる。
【0014】本実施例の電子銃について、以下の条件で
シミュレーション計算を行った。加速電圧:100kV、
ウエーネルト電圧(カソードに対する相対電圧):0〜
−50V、カソード及び周囲物質の温度:2000°K その結果、カソード周辺部や側面からの無駄な電子ビー
ム放射は従来の1/5程度に減少し、電流利用効率は7
5%に上昇した。輝度とエミッタンスについては、本実
施例の電子銃は、径2mmのカソードを有する(図2)の
電子銃と同等であった。
【0015】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電流利用効率を高めることができるので、小
型の電源で大出力の電子銃を駆動できる。また、無駄電
流が減るので、転写装置のアパーチャや壁面等の発熱の
問題も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る電子銃の構成と電子ビー
ムの様子を示す図である。
【図2】従来の電子銃のカソード先端部の形状を示す図
である。
【符号の説明】
1 カソード 1a 放電面 2 周辺物質 3 ウエーネルト
電極 4 電子ビーム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カソードの側面を、カソードよりも放出
    電流密度の小さい物質で囲んだことを特徴とする電子
    銃。
  2. 【請求項2】 温度制限領域で動作する請求項1記載の
    電子銃。
JP9031410A 1997-01-31 1997-01-31 電子銃 Pending JPH10223166A (ja)

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JP9031410A JPH10223166A (ja) 1997-01-31 1997-01-31 電子銃

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JP9031410A JPH10223166A (ja) 1997-01-31 1997-01-31 電子銃

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ID=12330496

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JP9031410A Pending JPH10223166A (ja) 1997-01-31 1997-01-31 電子銃

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000059374A (ja) * 1998-08-06 2000-02-25 Fujitsu Ltd Atm網のpvcのリルーティング方法および網管理システム
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