JPS6329782B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、 (a) エネルギービームによつて局部的に加熱さ
れ、かつ長手方向に移動可能である金属ワイヤ
を用いた陰極を有する電子源および (b) 前記金属ワイヤの付近に設けられて、この金
属ワイヤに対して正電位を担うビーム制限ダイ
ヤフラム を具える電子ビーム装置に関するものである。

この種の電子ビーム装置は、米国特許第
3745342号明細書から知られる。この明細書に開
示されている装置においては、例えば電子ビーム
またはレーザビームによつて加熱された金属ワイ
ヤが電子ビーム装置の陰極として用いられてい
る。

電子源の十分な耐用年数を確保するために、金
属ワイヤは使用の間においてその長手方向に移動
される。

前述されたような金属ワイヤの非常に細いライ
ンから現われる電子流は、小さい円形横断面を有
するワイヤの場合に、放出方向において比較的大
きな広がりを見せる。電子ビームの別調整のため
のレンズはラインの厚みに対して比較的大きい球
面収差を個有に有するために、ビーム制限ダイヤ
フラムは少なくとも一方向において小さな標的ス
ポツトを形成するに必要とされる。

しかしながら、大きな方向広がりによつて、こ
の種のダイヤフラムはビーム電流の不十分な部分
だけを通しがちである。当然に、これは多くの点
において不利である。したがつて、公知の電子ビ
ーム装置においては、電子源の十分な耐用年数を
得るために、達せられる標的スポツトの質に関し
て、言い換えればそのスポツトの最大電流密度お
よび最小大きさに関して制限が課されねばならな
い。

本発明の目的は、これらの制限が本質的に減ぜ
られ、したがつてより高い質の標的スポツトが実
現されて電子源の十分な耐用年数が維持される電
子ビーム装置を提供することにある。この目的の
ために、本発明による前述された種類の電子ビー
ム装置は、前記金属ワイヤが、前記ビーム制限ダ
イヤフラムに隣接する側に平坦化された表面を有
することを特徴とするものである。

電子ビームにおける方向広がりを減ずるために
は、金属ワイヤ付近に印加される強い収束磁界を
用いることができる。静電界の利用に関して、こ
の場合におおむね並行に配置されて相互に対して
大きな電位差を現わす２枚のプレート間に金属ワ
イヤを設けることができる。例えば、第１のプレ
ートは金属ワイヤに対して強い負であるととも
に、孔を有する第２のプレートは金属ワイヤに対
して強い正である。しかしながら、電位差が適当
な操作に対して実用的でない大きさになることが
見出されている。再調整に関して四重極の磁界を
用いることによつて除去することができる。しか
し、この解決には、磁場において金属ワイヤの位
置を非常に正確に定める必要がある。したがつ
て、電子源の安定性に影響を及ぼすことになる。
陰極付近のレンズに必要とされる強度もまた前述
の両解決に不都合な要因である。

本発明による電子ビーム装置の好ましい実施態
様において、放射される電子ビームが放射に関し
て一層小さい方向広がりを既に見せるように、金
属ワイヤの横断プロフイールを形作る。細長い形
状の商業上利用できる金属ワイヤは強い局部的加
熱の間において安定ではなくて、放出表面の位置
および形状はビーム制限ダイヤフラムに対して制
御されないあり方で変化することができることを
見出している。この場合に、放出された電子を運
び去るに必要な表面付近の電界は比較的に小さく
なる。知られるように、電場空間における表面の
電場強度は、表面の曲率の径に大いに依存する。
金属ワイヤの好ましい実施態様は、電子放出が生
じる領域において丸い金属ワイヤの外表面を平坦
化することによつて見出される。例えば、円形の
ワイヤを圧延することによつて、これを実現する
ことができる。平坦化の程度は、表面電場の強度
と残りの方向広がりとの間において到達される有
利な妥協を可能にする。ほぼ1.5から2.5までの長
円率が電子源の形状における満足な結果を与える
ことを見出している。

次に、本発明による電子ビーム装置の具体的実
施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図に示されているように電子ビーム装置
は、ワイヤ陰極２と陽極スリーブ３とを有する電
子源１、他の陽極４、および収束（コンデンサ）
レンズ５から成つている。さらに、電子ビーム装
置は平面図に明確化のために示されている第１の
ダイヤフラム６、および同様に平面図に示されて
いる第２のダイヤフラム７を有している。第１の
ダイヤフラム６は電子光学レンズ系８によつて第
２のダイヤフラム７に像を映すことができる。こ
の像は、ビーム偏向装置９によつて、ビームの中
心をダイヤフラム孔の中心と一致させるために第
２のダイヤフラム７の平面において変位させるこ
とができる。この第２のダイヤフラム７によつて
通過される電子ビーム１１のビーム部分１０は、
非常に減ぜられた形で、切削される物体１４の表
面１３にコリメーテイング・レンズ１２によつて
像を映すことができる。表面１３を切削するため
に、ビーム偏光系１５によつてビームはパターン
で表面を横切るように移位することができる。第
１のダイヤフラム６を、例えば、矩形として、ビ
ーム制限効果を有する２側面１６に形成すること
ができる。この第１のダイヤフラム６は、この場
合においても矩形として形作られる第２のダイヤ
フラム７に像が映される。この第２のダイヤフラ
ム７の矩形の２側面１７はまたビーム制限効果を
有するので、２個のダイヤフラムの後方で、第２
のダイヤフラム７の側面１７と第１のダイヤフラ
ム６の像１８とによつて形成されて調節可能な透
過孔１９にビームが制限される。電子源１の機能
は、このビームにおいて高電流密度を実現するこ
とである。

この場合に、ワイヤ陰極２は金属ワイヤで形成
されており、この金属ワイヤの表面の少なくとも
１側面は平坦化され、第１図の平面に対して垂直
に延びていると仮定する。ビーム源２２で発生し
てコイル２３によつて方向づけられる電子ビーム
２１によつて、孔２０を介して、金属ワイヤが側
面から照射される。こうして、この金属ワイヤ
は、通常約2800℃の放出温度が使用されるのに対
して、例えばタングステンワイヤでは3400℃の温
度に局部加熱される。

第２図は第１図に示された好ましい実施例の電
子源１の図式的な透視図である。金属ワイヤは引
張力の影響を受けて動く。この引張力は長手方向
に働き、あらゆる場合に案内２６を備えたリール
２５および案内２８を備えたリール２７との間で
金属ワイヤを１直線に保つ。金属ワイヤの周囲に
は、２個の支持台２９，３０が配置されており、
これら支持台２９，３０の各々はＶ溝３１，３２
を備え、金属ワイヤを長手方向に正確に案内す
る。支持台２９，３０の金属ワイヤとの接触面
は、好ましくは金属ワイヤのプロフイールに適合
され、支持台２９，３０の間に金属ワイヤが回転
するのを防止するように形成されて、この結果平
坦化された部分は常に陽極スリーブ３において透
過孔３４に向かつて正確に向けられたままであ
る。好ましくは支持台２９，３０は金属ワイヤと
適当な熱接触の状態にあり適当な熱伝導性を有す
る金属、例えば銀から作られる。支持台２９，３
０の間において、陽極スリーブ３は金属ワイヤの
周囲に設けられ、この陽極スリーブ３は、例え
ば、0.5〜２mmの内径および、例えば、0.2〜0.5mm
の壁厚を有する中空円筒として形成されている。
陽極スリーブ３は本実施例では支持台２９，３０
とともに不可欠である。透過孔３４は長手方向の
電子源１の大きさに関する要求に適合されて、例
えば50×500μmの大きさとされる。

操作の間、陽極スリーブ３は、例えば＋300〜
＋700Vの電位を担い、金属ワイヤの電位はゼロ
である。

本発明はミクロ回路用の電子ビーム切削装置に
関して開示されたものであるが、特に注目すべき
は、この装置の応用範囲が広く、例えば、正確に
定められた孔またはパターンの穴あけのような作
業をする材料にも適用できることである。

この種の装置では、所望により、標的スポツト
の長さおよび幅が刻まれるべき構造の一次元に適
合させることができ、その結果実質的に作業時間
が短縮される。ターゲツトスポツトの長さと幅は
第１図に関して説明されたような電子光学装置に
よつて決定することができる。従つて、正方形ま
たは細長い標的スポツトを円形孔（透過孔）３４
でもつてさえ形成できる。

第３図には陰極ワイヤのプロフイールが示され
ている。第３ａ図には長円形の形でプロフイール
４０が示され、この場合長円率は1.5である。放
出表面４１は長円の最も平坦な部分に中心的に位
置され、金属ワイヤは加熱されるために例えば長
円の表面４２上を照射される。第３ｂ図に示され
るように、プロフイール４３は放出表面として長
円表面４４を有して反対側に位置される表面４５
はなお円形である。第３ｃ図には放射部（放出表
面）４７が平坦な部分を有するプロフイール４６
が示されている。この場合に反対側に位置される
表面４８は放出面のように形成されることがで
き、または長円または円形であることもできる。
３種類のプロフイールは各々初めは丸いワイヤを
圧延させて形成することができ、放出部および反
対側に位置される部分との間の差は使用されるロ
ーラー表面の硬度および形状を適当に選択して得
られる。比較的大きなビーム誤差のためにあまり
多く応用するには適さないが、凹形の放出表面を
実現することも可能である。第３ｄ図には長四角
形帯によるワイヤプロフイール４９を示す。放出
表面５０は僅かに丸くして、反対側に位置する表
面５１は完全にまつすぐに保つことができ、この
ようにしてワイヤの適当なターゲツト表面を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電子ビーム装置の実施例を示
す平面図、第２図はその装置の電子源の実施例を
示す透視図、第３図はその装置の電子源用陰極ワ
イヤの実施例を示す断面図である。 １……電子源、２……ワイヤ陰極、３……陽極
スリーブ、４……陽極、５……収束レンズ、６，
７……ダイヤフラム、８……電子光学レンズ系、
９……ビーム偏向、１０……ビーム部分、１１…
…電子ビーム、１２……コリメーテイング・レン
ズ、１３……表面、１４……物体、１５……ビー
ム偏向系、１６，１７……側面、１８……像、１
９……透過光、２０……孔、２１……電子ビー
ム、２２……ビーム源、２３……コイル、２５，
２７……リール、２６，２８……案内、２９，３
０……支持台、３１，３２……Ｖ溝、３４……透
過孔、４０，４３，４６，４９……プロフイー
ル、４１，４４，４７，５０……放出表面、４
２，４５，４８，５１……表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) エネルギービームによつて局部的に加熱
   され、かつ長手方向に移動可能である金属ワイ
   ヤを用いた陰極を有する電子源および (b) 前記金属ワイヤの付近に設けられて、この金
   属ワイヤに対して正電位を担うビーム制限ダイ
   ヤフラム を具える電子ビーム装置において、 前記金属ワイヤは、前記ビーム制限ダイヤフ
   ラムに隣接する側に平坦化された表面を有する ことを特徴とする電子ビーム装置。 ２ 前記金属ワイヤは、実質においてほぼ1.5〜
   2.5の間の長円率を有する長円形の横断面を有す
   る ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   電子ビーム装置。 ３ 前記金属ワイヤの横断面は、放出側に関して
   前記平担化された表面を形成する平坦化されたプ
   ロフイールを有する ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   電子ビーム装置。 ４ 前記陰極に用いられる金属ワイヤは、圧延可
   能であるとともに、高い溶融温度およびその溶融
   温度付近において比較的低い蒸気圧を有する材料
   から成る ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３
   項のいずれかに記載の電子ビーム装置。