JPH10321120A - 電子銃 - Google Patents
電子銃Info
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- JPH10321120A JPH10321120A JP13918997A JP13918997A JPH10321120A JP H10321120 A JPH10321120 A JP H10321120A JP 13918997 A JP13918997 A JP 13918997A JP 13918997 A JP13918997 A JP 13918997A JP H10321120 A JPH10321120 A JP H10321120A
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- JP
- Japan
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- cathode
- electron
- electron emission
- electron gun
- emission surface
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子線縮小転写装置用の電子銃として好適
な、低電流で高エミッタンス・低輝度特性を得ることの
できる電子銃を提供する。 【解決手段】 ＬａＢ6 製のカソード３の電子放出面３
ａの周辺部に、導電性でかつ該カソードの母材よりも高
仕事関数の物質からなる被膜（カーボン膜４）を設け、
カソード周辺部からの電子線放出をできるだけ抑制し
た。また、電子放出面３ａの径をウェーネルト２の孔２
ｃの径よりも小とし、カソード３の母材の径をウェーネ
ルト孔２ｃの径より大とした。
な、低電流で高エミッタンス・低輝度特性を得ることの
できる電子銃を提供する。 【解決手段】 ＬａＢ6 製のカソード３の電子放出面３
ａの周辺部に、導電性でかつ該カソードの母材よりも高
仕事関数の物質からなる被膜（カーボン膜４）を設け、
カソード周辺部からの電子線放出をできるだけ抑制し
た。また、電子放出面３ａの径をウェーネルト２の孔２
ｃの径よりも小とし、カソード３の母材の径をウェーネ
ルト孔２ｃの径より大とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線縮小転写装
置用の電子銃に適した、低輝度・高エミッタンスのビー
ム特性が要求される電子銃に関する。
置用の電子銃に適した、低輝度・高エミッタンスのビー
ム特性が要求される電子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子線描画装置における電子銃を例にと
って従来技術を説明する。図３は、電子線描画装置の一
般的な構成を模式的に示す図である。電子銃２２はカソ
ード２３、ウェーネルト２４及びアノード２６から構成
されており、電子銃２２から放出された電子ビームは、
アライメントコイル２７によりビーム中心が光軸に調節
され、第１アパーチャ２８で周辺のボケ部分がカットさ
れ、縮小レンズ系２９を経てビーム径が縮小され、対物
レンズ３１により描画面３２上に集束されて描画する。
なお、図示しない偏向電極が、第２アパーチャ３０と描
画面３２の間に設けられている。電子銃２２のカソード
２３として、最近、例えばＬａＢ6 （ランタンヘキサボ
ライド）単結晶が使用されている。
って従来技術を説明する。図３は、電子線描画装置の一
般的な構成を模式的に示す図である。電子銃２２はカソ
ード２３、ウェーネルト２４及びアノード２６から構成
されており、電子銃２２から放出された電子ビームは、
アライメントコイル２７によりビーム中心が光軸に調節
され、第１アパーチャ２８で周辺のボケ部分がカットさ
れ、縮小レンズ系２９を経てビーム径が縮小され、対物
レンズ３１により描画面３２上に集束されて描画する。
なお、図示しない偏向電極が、第２アパーチャ３０と描
画面３２の間に設けられている。電子銃２２のカソード
２３として、最近、例えばＬａＢ6 （ランタンヘキサボ
ライド）単結晶が使用されている。
【０００３】上記カソード２３は、例えば１，２００℃
といった高温に加熱されているとともに、１０〜１００
kVのマイナス電圧が印加されている。アノード２６の電
位は通常０Ｖである。カソード２３からは、アノード２
６に向けて電子線が放出される。ウェーネルト２４は、
カソード２３よりもやや低い（絶対値）マイナス電圧が
印加されており、カソード２３からアノード２６方向に
向かう電子線を光軸に寄せるような電界を形成する。ア
ノード２６の中央部には孔が開いており、カソード２３
から出た電子線は、アノード２６方向に加速され、アノ
ード２６の中央孔を通過して下方に進行する。
といった高温に加熱されているとともに、１０〜１００
kVのマイナス電圧が印加されている。アノード２６の電
位は通常０Ｖである。カソード２３からは、アノード２
６に向けて電子線が放出される。ウェーネルト２４は、
カソード２３よりもやや低い（絶対値）マイナス電圧が
印加されており、カソード２３からアノード２６方向に
向かう電子線を光軸に寄せるような電界を形成する。ア
ノード２６の中央部には孔が開いており、カソード２３
から出た電子線は、アノード２６方向に加速され、アノ
ード２６の中央孔を通過して下方に進行する。
【０００４】このような、いわゆる一筆書きの描画用の
電子線露光装置では、電子銃としては、高輝度を得るた
めにカソードの先端の電子放出面（部）がとがったもの
が用いられていた。その後、いわゆるセルプロジェクシ
ョン方式の電子線露光装置では、小面積（レチクル上で
一例５×５μm ）の投影転写露光が行われるので、次第
に、高エミッタンス特性が得られるよう電子放出面が広
く平坦なもの（一例電子放出面径０．２mm）も開発され
ている。
電子線露光装置では、電子銃としては、高輝度を得るた
めにカソードの先端の電子放出面（部）がとがったもの
が用いられていた。その後、いわゆるセルプロジェクシ
ョン方式の電子線露光装置では、小面積（レチクル上で
一例５×５μm ）の投影転写露光が行われるので、次第
に、高エミッタンス特性が得られるよう電子放出面が広
く平坦なもの（一例電子放出面径０．２mm）も開発され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、電子銃
のカソードの電子放出面が広くなって電子線（ビーム）
の径が大きくなるにつれ、カソードの無駄電流が次第に
問題となってきた。カソードの無駄電流とは、カソード
に供給された電流の内で、転写露光に実際に利用される
高エミッタンスビームとならない部分のことである。例
えば、カソード先端面の電子放出面が円形の場合、加熱
された一部側面含む先端部から電子が放出されるが、こ
のうち高エミッタンスな電子線を形成して転写露光に利
用されうるのは、電子放出面のごく中心部から放出され
る電子線のみである。ただし、セルプロジェクション式
電子線露光装置では、未だにビーム電流が１〜２μA と
小さいので、多少の無駄な電流が流れても問題は重大で
はなかった。
のカソードの電子放出面が広くなって電子線（ビーム）
の径が大きくなるにつれ、カソードの無駄電流が次第に
問題となってきた。カソードの無駄電流とは、カソード
に供給された電流の内で、転写露光に実際に利用される
高エミッタンスビームとならない部分のことである。例
えば、カソード先端面の電子放出面が円形の場合、加熱
された一部側面含む先端部から電子が放出されるが、こ
のうち高エミッタンスな電子線を形成して転写露光に利
用されうるのは、電子放出面のごく中心部から放出され
る電子線のみである。ただし、セルプロジェクション式
電子線露光装置では、未だにビーム電流が１〜２μA と
小さいので、多少の無駄な電流が流れても問題は重大で
はなかった。
【０００６】しかしながら、次世代ＤＲＡＭの実生産に
対応できる、１ショット当りの転写面積を広げた（レチ
クル上で一例１，０００×１，０００μm ）高スループ
ットの電子線転写露光装置では、２０μA 程度のビーム
電流となり、従来に比べて一桁も電流が大きくなる。こ
うなると、電源の負担が過大となるとともに、無駄電流
に起因する発生熱の問題も解決を要する問題となってき
た。
対応できる、１ショット当りの転写面積を広げた（レチ
クル上で一例１，０００×１，０００μm ）高スループ
ットの電子線転写露光装置では、２０μA 程度のビーム
電流となり、従来に比べて一桁も電流が大きくなる。こ
うなると、電源の負担が過大となるとともに、無駄電流
に起因する発生熱の問題も解決を要する問題となってき
た。
【０００７】本発明は、電子線縮小転写装置用の電子銃
として好適な、低電流で高エミッタンス・低輝度特性を
得ることのできる電子銃を提供することを目的とする。
として好適な、低電流で高エミッタンス・低輝度特性を
得ることのできる電子銃を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、カソードの電子放出面の周辺部
に、導電性でかつ該カソードの母材よりも高仕事関数の
物質からなる被膜を設けたことを特徴とする。すなわ
ち、高エミッタンスの電子線放出に寄与しえないカソー
ドの部分に高仕事関数の物質を被覆することにより、同
部分からの電子線放出をできるだけ抑制した。この被覆
は導電性なので、カソードの電子放出面と基本的に同じ
電位となり、電子放出面近傍の電場を乱すこともない。
め、本発明の電子銃は、カソードの電子放出面の周辺部
に、導電性でかつ該カソードの母材よりも高仕事関数の
物質からなる被膜を設けたことを特徴とする。すなわ
ち、高エミッタンスの電子線放出に寄与しえないカソー
ドの部分に高仕事関数の物質を被覆することにより、同
部分からの電子線放出をできるだけ抑制した。この被覆
は導電性なので、カソードの電子放出面と基本的に同じ
電位となり、電子放出面近傍の電場を乱すこともない。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の１態様の電子銃において
は、カソードの母材がＬａＢ6 であり、被膜の物質がＣ
（炭素）である。また、カソードの電子放出面から放出
される電子線の通過する孔を有するウェーネルトが備え
られており、上記被膜の設けられていない電子放出面の
径がウェーネルトの孔径よりも小であり、カソードの母
材の径はウェーネルトの孔径より大である。
は、カソードの母材がＬａＢ6 であり、被膜の物質がＣ
（炭素）である。また、カソードの電子放出面から放出
される電子線の通過する孔を有するウェーネルトが備え
られており、上記被膜の設けられていない電子放出面の
径がウェーネルトの孔径よりも小であり、カソードの母
材の径はウェーネルトの孔径より大である。
【００１０】ＬａＢ6 は大抵の金属と高温で反応して結
果的に腐触されるが、カーボンとは反応しない。また、
カーボンはＬａＢ6 より仕事関数がはるかに高いので、
ＬａＢ6 が電子放出を行う温度では、電子放出をほとん
ど起こさない。この態様の電子銃においては、カソード
面は電子放出面より大きく、カソードエッジに起因する
等ポテンシャル面の歪みがビーム領域まで及ばないた
め、高エミッタンス特性が得られる。また、カソードエ
ッジあるいはカソード側面からの性質の良くない電子放
出を抑えられるので、電子銃電流が小さくても必要なビ
ーム電流を確保できる。
果的に腐触されるが、カーボンとは反応しない。また、
カーボンはＬａＢ6 より仕事関数がはるかに高いので、
ＬａＢ6 が電子放出を行う温度では、電子放出をほとん
ど起こさない。この態様の電子銃においては、カソード
面は電子放出面より大きく、カソードエッジに起因する
等ポテンシャル面の歪みがビーム領域まで及ばないた
め、高エミッタンス特性が得られる。また、カソードエ
ッジあるいはカソード側面からの性質の良くない電子放
出を抑えられるので、電子銃電流が小さくても必要なビ
ーム電流を確保できる。
【００１１】本発明においては、カソードの電子放出面
の周辺部に、該カソードの母材と高温で反応しない物質
からなる下地膜を設け、その上に、導電性でかつ上記カ
ソードの母材よりも高仕事関数の物質からなる表面膜を
設けることもできる。ここで、カソードの母材をＬａＢ
6 とし、上記下地膜の物質をセラミックスとし、上記表
面膜の物質を金属とすることもできる。この場合に好適
なセラミックスとしては、スパッタで膜形成したアルミ
ナやＳｉＣを挙げることができる。また、好適な金属と
してはＴａやＭｏの如き高融点金属を挙げることができ
る。
の周辺部に、該カソードの母材と高温で反応しない物質
からなる下地膜を設け、その上に、導電性でかつ上記カ
ソードの母材よりも高仕事関数の物質からなる表面膜を
設けることもできる。ここで、カソードの母材をＬａＢ
6 とし、上記下地膜の物質をセラミックスとし、上記表
面膜の物質を金属とすることもできる。この場合に好適
なセラミックスとしては、スパッタで膜形成したアルミ
ナやＳｉＣを挙げることができる。また、好適な金属と
してはＴａやＭｏの如き高融点金属を挙げることができ
る。
【００１２】以下、図面を参照しつつ説明する。図１
は、本発明の１実施例に係る電子線転写装置用の電子銃
の構造を示す側面断面図である。アノード１は、中央に
電子線の通過する孔１ａを有し、カソード側の面が球面
１ｂとなっている。この球面１ｂは、アノードの出側の
中心点１ｃを中心とする面である。後述のウェーネルト
２の内凹面２ａ、２ｂやカソード３の電子放出面３ａ
も、同じ点１ｃを中心とする球面にすることもできる。
このアノード１は、ＭｏやＷ、ステンレス等の材料で作
製できる。通常、アノードは０Ｖ（グラウンドレベル）
である。
は、本発明の１実施例に係る電子線転写装置用の電子銃
の構造を示す側面断面図である。アノード１は、中央に
電子線の通過する孔１ａを有し、カソード側の面が球面
１ｂとなっている。この球面１ｂは、アノードの出側の
中心点１ｃを中心とする面である。後述のウェーネルト
２の内凹面２ａ、２ｂやカソード３の電子放出面３ａ
も、同じ点１ｃを中心とする球面にすることもできる。
このアノード１は、ＭｏやＷ、ステンレス等の材料で作
製できる。通常、アノードは０Ｖ（グラウンドレベル）
である。
【００１３】ウェーネルト２は、上部中央が大きくえぐ
られており、その内側壁面２ａは、中央に向かって図の
下方（反アノード側）に傾斜している。ウェーネルト底
面２ｂの中央部には、中心孔２ｃが開いている。ウェー
ネルト２はアノード１と同様の材料で作製できる。ウェ
ーネルト２には、−１００．０２kVの負電圧が印加され
ている。
られており、その内側壁面２ａは、中央に向かって図の
下方（反アノード側）に傾斜している。ウェーネルト底
面２ｂの中央部には、中心孔２ｃが開いている。ウェー
ネルト２はアノード１と同様の材料で作製できる。ウェ
ーネルト２には、−１００．０２kVの負電圧が印加され
ている。
【００１４】カソード３は、比較的薄い円板状をしてい
る。このカソード３の母材３ｂはＬａＢ6 の単結晶であ
る。カソード３の表面には、図の上面（アノード１側の
面）の中央部の電子放出面３ａを除いて、カーボン表面
膜４が形成されている。このカーボン表面膜４は、スパ
ッタリングにより成膜されており、厚さは約１００nmで
ある。なお、カーボンの仕事関数は５eV程度と、ＬａＢ
6 の仕事関数２．４eVよりも２倍以上大きい。
る。このカソード３の母材３ｂはＬａＢ6 の単結晶であ
る。カソード３の表面には、図の上面（アノード１側の
面）の中央部の電子放出面３ａを除いて、カーボン表面
膜４が形成されている。このカーボン表面膜４は、スパ
ッタリングにより成膜されており、厚さは約１００nmで
ある。なお、カーボンの仕事関数は５eV程度と、ＬａＢ
6 の仕事関数２．４eVよりも２倍以上大きい。
【００１５】カソードの電子放出面３ａの径は、母材３
ｂの径の０．２〜０．９以下が好ましい。この例では、
電子放出面３ａの径２mm、母材３ｂの径８mmである。一
方、ウェーネルト２の孔２ｃの径は、電子放出面３ａの
径の１．１〜２以上で、カソード３の外径の０．５〜
０．９が好ましい。この例では、ウェーネルト孔２ｃの
径は３．５mmである。このようにすることによって、カ
ソード３のエッジ近傍電場における等ポテンシャル面の
歪が、カソード電子放出面３ａ上からウェーネルトの孔
２ｃにかけての領域（ビーム領域７）まで及ぶことがな
い。また、電子放出面３の直径はウェーネルト孔径より
小さいので、電子放出面での等ポテンシャル面はカソー
ド面にほぼ平行になり、カソード面からは一様な電子放
出が得られる。
ｂの径の０．２〜０．９以下が好ましい。この例では、
電子放出面３ａの径２mm、母材３ｂの径８mmである。一
方、ウェーネルト２の孔２ｃの径は、電子放出面３ａの
径の１．１〜２以上で、カソード３の外径の０．５〜
０．９が好ましい。この例では、ウェーネルト孔２ｃの
径は３．５mmである。このようにすることによって、カ
ソード３のエッジ近傍電場における等ポテンシャル面の
歪が、カソード電子放出面３ａ上からウェーネルトの孔
２ｃにかけての領域（ビーム領域７）まで及ぶことがな
い。また、電子放出面３の直径はウェーネルト孔径より
小さいので、電子放出面での等ポテンシャル面はカソー
ド面にほぼ平行になり、カソード面からは一様な電子放
出が得られる。
【００１６】カソード３は、反電子放出面側からヒータ
ーフィラメント５によって加熱される。同フィラメント
５には、加熱電源６から電力が供給される。
ーフィラメント５によって加熱される。同フィラメント
５には、加熱電源６から電力が供給される。
【００１７】図２は、本発明の他の１実施例に係る電子
銃の構造を示す側面断面図である。この例では、カソー
ド３′が段付きの丸棒状であり、その上端面（アノード
１側端面）が電子放出面３ａ′となっている。電子放出
面３ａの周囲（端面のエッジ部）及びカソード３′上部
側面は、カーボン表面膜４が施されている。カソード
３′の下部はやや細くなっており、その周囲に、直熱式
のグラファイトヒーター８が接している。このグラファ
イトヒーター８は、Ｍｏやステンレス製のカソード支持
部品９によって保持されている。
銃の構造を示す側面断面図である。この例では、カソー
ド３′が段付きの丸棒状であり、その上端面（アノード
１側端面）が電子放出面３ａ′となっている。電子放出
面３ａの周囲（端面のエッジ部）及びカソード３′上部
側面は、カーボン表面膜４が施されている。カソード
３′の下部はやや細くなっており、その周囲に、直熱式
のグラファイトヒーター８が接している。このグラファ
イトヒーター８は、Ｍｏやステンレス製のカソード支持
部品９によって保持されている。
【００１８】なお、カソード３′はウェーネルト孔２ｃ
の中央部に入り込んで、カソード電子放出面３ａ′は、
ウェーネルト２の底面２ｂ上に突出している。このよう
な構成により、ウェーネルトに負電位が印加された時に
電子放出面３ａ′近傍の電場がカソード面に平行とな
り、高エミッタンスのビームが得られる利点が期待でき
る。
の中央部に入り込んで、カソード電子放出面３ａ′は、
ウェーネルト２の底面２ｂ上に突出している。このよう
な構成により、ウェーネルトに負電位が印加された時に
電子放出面３ａ′近傍の電場がカソード面に平行とな
り、高エミッタンスのビームが得られる利点が期待でき
る。
【００１９】
【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、無駄電流を低減して、低電流で高エミッタン
ス・低輝度の電子銃を提供することができる。
によれば、無駄電流を低減して、低電流で高エミッタン
ス・低輝度の電子銃を提供することができる。
【図１】本発明の１実施例に係る電子線転写装置用の電
子銃の構造を示す側面断面図である。
子銃の構造を示す側面断面図である。
【図２】本発明の他の１実施例に係る電子銃の構造を示
す側面断面図である。
す側面断面図である。
【図３】電子線描画装置の一般的な構成を模式的に示す
図である。
図である。
１ アノード ２ ウェーネルト ３ カソード ４ カーボン表面
膜 ５ ヒーターフィラメント ６ 加熱電源 ７ ビーム領域 ８ グラファイト
ヒーター ９ カソード支持部品
膜 ５ ヒーターフィラメント ６ 加熱電源 ７ ビーム領域 ８ グラファイト
ヒーター ９ カソード支持部品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｊ 37/073 Ｈ０１Ｊ 37/073
Claims (7)
- 【請求項１】 カソードの電子放出面の周辺部に、導電
性でかつ該カソードの母材よりも高仕事関数の物質から
なる被膜を設けたことを特徴とする電子銃。 - 【請求項２】 上記カソードの母材がＬａＢ6 であり、
上記被膜の物質がＣであることを特徴とする請求項１記
載の電子銃。 - 【請求項３】 カソードの電子放出面の周辺部に、該カ
ソードの母材と高温で反応しない物質からなる下地膜を
設け、その上に、導電性でかつ上記カソードの母材より
も高仕事関数の物質からなる表面膜を設けたことを特徴
とする電子銃。 - 【請求項４】 上記カソードの母材がＬａＢ6 であり、
上記下地膜の物質がセラミックスであり、上記表面膜の
物質が金属であることを特徴とする請求項３記載の電子
銃。 - 【請求項５】 さらに、上記カソードの電子放出面から
放出される電子線の通過する孔を有するウェーネルトを
備え、上記膜の設けられていない電子放出面の径が該ウ
ェーネルトの孔径よりも小であることを特徴とする請求
項１〜４いずれか１項記載の電子銃。 - 【請求項６】 上記カソードの母材の径は上記ウェーネ
ルトの孔径より大であることを特徴とする請求項５記載
の電子銃。 - 【請求項７】 端面が電子放出面となっている円柱形の
ＬａＢ6 からなるカソードを有し、該カソードの円柱側
面部分をＣ膜で被覆したことを特徴とする電子銃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13918997A JPH10321120A (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 電子銃 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13918997A JPH10321120A (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 電子銃 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10321120A true JPH10321120A (ja) | 1998-12-04 |
Family
ID=15239635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13918997A Pending JPH10321120A (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 電子銃 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10321120A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007055154A1 (ja) * | 2005-11-08 | 2007-05-18 | Advantest Corporation | 電子銃、電子ビーム露光装置及び露光方法 |
| WO2008084537A1 (ja) * | 2007-01-11 | 2008-07-17 | Advantest Corporation | 電子銃及び電子ビーム露光装置 |
| JP2021061153A (ja) * | 2019-10-07 | 2021-04-15 | 日本電子株式会社 | 電子銃、電子顕微鏡、３次元積層造形装置、及び電子銃の電流調整方法 |
-
1997
- 1997-05-15 JP JP13918997A patent/JPH10321120A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007055154A1 (ja) * | 2005-11-08 | 2007-05-18 | Advantest Corporation | 電子銃、電子ビーム露光装置及び露光方法 |
| JPWO2007055154A1 (ja) * | 2005-11-08 | 2009-04-30 | 株式会社アドバンテスト | 電子銃、電子ビーム露光装置及び露光方法 |
| US7919750B2 (en) | 2005-11-08 | 2011-04-05 | Advantest Corporation | Electron gun, electron beam exposure apparatus, and exposure method |
| JP5065903B2 (ja) * | 2005-11-08 | 2012-11-07 | 株式会社アドバンテスト | 露光方法 |
| WO2008084537A1 (ja) * | 2007-01-11 | 2008-07-17 | Advantest Corporation | 電子銃及び電子ビーム露光装置 |
| JPWO2008084537A1 (ja) * | 2007-01-11 | 2010-04-30 | 株式会社アドバンテスト | 電子銃及び電子ビーム露光装置 |
| JP2021061153A (ja) * | 2019-10-07 | 2021-04-15 | 日本電子株式会社 | 電子銃、電子顕微鏡、３次元積層造形装置、及び電子銃の電流調整方法 |
| US11398364B2 (en) | 2019-10-07 | 2022-07-26 | Jeol Ltd. | Electron gun, electron microscope, three-dimensional additive manufacturing apparatus, and method of adjusting current of electron gun |
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