JPS6269424A - 六硼化ランタン熱陰極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電子顕微鏡、とくに電子線描画装置において、
電子ビームの輝度や放射角の経時変化の少ない六硼化ラ
ンタン熱陰極を提供することに関する。

〔発明の背景〕

六硼化ランタン（ＬａＢｅ）は仕事関数が低く高融点で
あり、しかもイン衝撃にも強いことから、優れた熱電子
放出材料として各種電子顕微鏡にすでに実用化されてい
る。しかし、電子線描画装置、とくに可変整形ビーム方
式の電子線描画装置では高輝度で、放射角の広い電子ビ
ームが要求されている。その点で１円錐形や円錐台形の
各種のチップ形状が提案されている。しかし、従来は、
ジャーナルオブザバキュームサイエンステクノロジー（
Ｊ　、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ、　）　
Ａ　２（１９８４）１３６１や実開昭５９−１１２９３
２に記載されているように、輝度や放射角の初期特性の
最適化にのみ関心が払すれ、肝心の寿命特性まで考慮し
たチップ形状の決定までに至らなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は可変整形ビーム方式の電子線描画装置な
どで必須である高輝度で、放射角の広い電子ビームを長
時間に渡って放出させることを可能にするＬａＢｇｆｉ
陰極を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明はＬａ８ｇ陰極の先端部をできるだけ鈍角にし、
かつ先端部に放電を引き起し易い鋭角部をなすことで、
動作時間と共に、陰極の大きさは消耗するが、電子ビー
ムの輝度や放射角の経時変化を極力抑えたところに特徴
がある。

〔発明の実施例〕

以下１本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

第１図は可変整形ビーム方式の電子線描画装置の電子光
学系の概略図を示す。ｌはＬａＢ　、陰極搭載の電子線
源部、２はビーム整形部、３は電子ビームの縮小部、４
は集束偏向部、５は描画面である。第２図は電子線源部
の拡大図である６ＬａＢ　６陰極６から放出された電子
ビームはウェネルト電極７で一旦絞られてクロスオーバ
一点８を形成し、次いで陽極９により加速されて試料方
向へ放出される。

以上の第１図と第２図の装置構成で、輝度ＢはＢ＝Ｉ８
／ω・８ｔｌＢは試料電流、Ｓはクロスオーバー径の断
面積、ωはビームの立体角、より算出した。また、放射
角θの測定は電子銃部の放射角分布において、ＩＢの９
５％に相当する放射半角とした。

第３図実験に供した典型的な各種形状の陰極先端部を示
す。（Ａ）は円錐台形の場合である。ここで、基部１０
は太さ４００μｍの角柱であり、円錐台部１１は円錐角
６０°、円錐台１５０μｍφである。結晶方位は（１，
００＞である。図中の点線は１５００℃で３０００　ｈ
動作後のチップ形状を示す。形状観察は走査型電子顕微
鏡で行った。チップの大きさが小さくなっているのはＬ
ａＢ　Ｂが加熱時間とともに蒸発するためである。

３０００ｈの加熱後は円錐台形の周辺が丸くなり、円錐
台そのものも丸味を帯びた形となった。

（Ｂ）は陰極先端部が円錐形の場合である。先端部の曲
率半径γ、は１００μｍである。この場合、３０００ｈ
の加熱後は先端部の曲率γ□′が大きくなり、３００μ
ｍになった。以上の実験結果は、（Ａ）の円錐台形と（
Ｂ）の円錐形のいずれの場合も、チップに鋭角な角部や
曲率半径の小さいものがあると、表面積の占める割合が
他部に比べて大きいため、比較的優先蒸発し、チップ先
端が大きな曲率半径になって最終的に安定することで説
明できる。この点で、最初から３００μｍ前後の大きな
曲率半径γ２をもつ円錐形の陰極（Ｃ）や５円錐台の周
辺部に５０μｍ程度の曲率半径γ３を設けた円錐台形の
陰極は３０００ｈ動作させても、先端部の曲率半径の変
化は少なかった。

第４図は第３図（Ｂ）の陰極形状で、先端部の曲率半径
を５０μｍ、１００．ｃａｍ、２００ｐｍｔ３００μｍ
、４００ｐｍ、５００μｍ、６００μｍと変化させて、
１５００℃で３０００ｈ加熱後の曲率半径を測定した結
果である。加熱前の曲率半径１２は加熱後は曲率半径１
３と変化する。

なお、曲率半径が６００μｍの場合、加熱すると、曲率
半径が逆に小さくなるのは、曲率半径が大きくなりすの
ざると、先端部が平坦になりすぎて、第３図（Ａ）のよ
うに、円錐台の周辺蒸発を伴うようになるためである。

以上の実験結果から、可変整形ビームの電子線描画機器
において、通常の陰極チップの大きさでは、先端部の曲
率半径を２００〜５００μｍ前後の大きさにするのが加
熱に伴なう経時変化が少なくて良いことが分った。なお
加熱時間をさらに長時間にすることを考慮すると３００
〜４５０μｍの範囲がより好ましい。

第５図、第６図は第３図の中で、（Ａ）、（Ｂ）。

（Ｃ）の各陰極チップに対して、第１図の装置を用いて
輝度と放射角を測定した結果である。ここで、１４と１
５は（Ａ）チップの輝度と放射角の経時変化、１６と１
７は（Ｂ）チップの輝度と放射角の経時変化、１８と１
９はチップの輝度と放射角の経時変化を示す、これより
、円錐台形の（Ａ）チップは最初輝度が低く、放射角が
広いが、加熱時間と共に、輝度が高くなり、放射角が狭
まってくる。一方、先端の曲率半径の小さいＣＢ）チッ
プはその逆の傾向にある。陰極の先端部に印加される電
界の強さは曲率半径の逆数に比例するため、曲率半径が
変化すると、（Ａ）、（Ｂ）チップのように、輝度と放
射角が変化する。一方、（Ｃ）の陰極チップは加熱中に
、曲率半径の変化が少ないため、輝度と放射角の変化も
少ない。

（Ｄ）チップについても実装試験を行ったが、（Ｃ）チ
ップの結果とほぼ同様であった。なお、（Ｃ）とＣＤ）
チップの場合、測定開始直後のアノードとチップ間の放
電発生回数も少なかった。

これは（Ｃ）と（Ｄ）チップの場合、電界の集中する箇
所が少ないことで説明できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば比較的簡単な陰極
チップの先端部加工で、可変整形ビーム方式の電子線描
画機器に不可欠な安定した電子ビームを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は可変整形ビーム方式の電子線描画装置の概要を
示す説明図、第２図はその陰極部分の斜時変化を示す図
である。 １・・・電子線源部、２・・・ビーム整形部、３・・・
ビーム縮小図、４・・・集束偏向部、５・・・描画面、
６・・・陰極、７・・・ウェーネルト電極、８・・・ク
ロスオーバー径、９・・・陽極、ＩＯ・・・陰極の基部
、１１・・・円錐台部、１２・・・加熱前の曲率半径、
１３・・・加熱後の曲率半径、１４，１６，１８・・・
輝度の経時変化、１５．１．７．１９・・・放射角の経
時変化。 第７図　　　　　　第２図 菊３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円錐形のチップにおいて、先端形状が ２００から５００μｍの曲率半径を有することを特徴と
   する六硼化ランタン熱陰極。