JPS6343859B2 - - Google Patents
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- JPS6343859B2 JPS6343859B2 JP3854679A JP3854679A JPS6343859B2 JP S6343859 B2 JPS6343859 B2 JP S6343859B2 JP 3854679 A JP3854679 A JP 3854679A JP 3854679 A JP3854679 A JP 3854679A JP S6343859 B2 JPS6343859 B2 JP S6343859B2
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- Japan
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- cathode
- electron
- electron beam
- aperture
- crossover
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- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 24
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910025794 LaB6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/06—Electron sources; Electron guns
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はアパーチヤにて電子ビームを整形し、
そのアパーチヤ像を投影する電子光学鏡筒に適用
されて高輝度で安定した電子ビームを得ることの
できる電子銃に関する。
そのアパーチヤ像を投影する電子光学鏡筒に適用
されて高輝度で安定した電子ビームを得ることの
できる電子銃に関する。
アパーチヤにて電子ビームを整形し、その整形
ビームを試料に投影（照射）する電子ビーム装置
にあつては、電子銃から放射される電子線を均一
な強度（電流密度）で上記アパーチヤに照明する
必要がある。しかも上記整形ビームにて露光等の
加工を行う場合には輝度電流を大きくして試料上
での電流密度を高める必要がある。この場合、電
子銃からのビーム開き角が大きく、且つ電子ビー
ムクロスオーバでの寸法が大きければよい。とこ
ろが従来の焼結体LaB6や単結晶LaB6をカソード
とした電子銃は、輝度を高める為にその先端曲率
半径を10μm以下にしている。この為、LaB6カソ
ードによる電子ビームのビーム開き角が小さく、
またクロスオーバ寸法が小さくなり上記使用目的
には不適当であつた。そこで一般的にはＷフイラ
メントカソードを用いて電子銃を構成している
が、その輝度が高々１×105（Ａ／cm2str）程度で
ある。またそのときの寿命が100時間程度と短い
が故に、長時間に亘る安定した電子ビームを得難
かつた。この為、ビーム寸法を可変整形できると
云う利点を十分活かして電子ビーム露光装置を実
現するには非常な困難を伴つた。
ビームを試料に投影（照射）する電子ビーム装置
にあつては、電子銃から放射される電子線を均一
な強度（電流密度）で上記アパーチヤに照明する
必要がある。しかも上記整形ビームにて露光等の
加工を行う場合には輝度電流を大きくして試料上
での電流密度を高める必要がある。この場合、電
子銃からのビーム開き角が大きく、且つ電子ビー
ムクロスオーバでの寸法が大きければよい。とこ
ろが従来の焼結体LaB6や単結晶LaB6をカソード
とした電子銃は、輝度を高める為にその先端曲率
半径を10μm以下にしている。この為、LaB6カソ
ードによる電子ビームのビーム開き角が小さく、
またクロスオーバ寸法が小さくなり上記使用目的
には不適当であつた。そこで一般的にはＷフイラ
メントカソードを用いて電子銃を構成している
が、その輝度が高々１×105（Ａ／cm2str）程度で
ある。またそのときの寿命が100時間程度と短い
が故に、長時間に亘る安定した電子ビームを得難
かつた。この為、ビーム寸法を可変整形できると
云う利点を十分活かして電子ビーム露光装置を実
現するには非常な困難を伴つた。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、アパーチヤにてビーム
を整形する整形ビーム型の電子光学鏡筒に適用さ
れ、上記アパーチヤを一様な電流密度で高輝度に
照射し、試料に投影される電子ビームの輝度を十
分高め、且つ安定化をはかり得る長寿命な電子銃
を提供することにある。
その目的とするところは、アパーチヤにてビーム
を整形する整形ビーム型の電子光学鏡筒に適用さ
れ、上記アパーチヤを一様な電流密度で高輝度に
照射し、試料に投影される電子ビームの輝度を十
分高め、且つ安定化をはかり得る長寿命な電子銃
を提供することにある。
以下、本発明に係る電子銃の一実施例を適宜図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
第１図は電子ビーム装置の概略構成を示す模式
図である。電子銃１は、第２図に示すように先端
部を鋭くした単結晶LaB6からなるカソード１１、
このカソード１１を加熱するヒータ１２、および
アノード１３、ウエネルト１４とにより構成され
ている。この電子銃１から放出された電子線は図
中ａ点にクロスオーバを結び、このクロスオーバ
点からコンデンサレンズ２と同軸配置されたアパ
ーチヤ３に照射される。このアパーチヤ３に形成
される像を試料４に縮小投影する如くコンデンサ
レンズ５，対物レンズ６等からなる電子レンズ系
が構成されている。また上記電子レンズ系により
得られる電子ビームの光路に沿つてブランキング
偏向板７、走査偏向板８ａ，８ｂからなる偏向制
御系が設けられている。この偏向制御系によつて
前記電子ビームの試料４への照射位置が偏向走査
される。
図である。電子銃１は、第２図に示すように先端
部を鋭くした単結晶LaB6からなるカソード１１、
このカソード１１を加熱するヒータ１２、および
アノード１３、ウエネルト１４とにより構成され
ている。この電子銃１から放出された電子線は図
中ａ点にクロスオーバを結び、このクロスオーバ
点からコンデンサレンズ２と同軸配置されたアパ
ーチヤ３に照射される。このアパーチヤ３に形成
される像を試料４に縮小投影する如くコンデンサ
レンズ５，対物レンズ６等からなる電子レンズ系
が構成されている。また上記電子レンズ系により
得られる電子ビームの光路に沿つてブランキング
偏向板７、走査偏向板８ａ，８ｂからなる偏向制
御系が設けられている。この偏向制御系によつて
前記電子ビームの試料４への照射位置が偏向走査
される。
さて、前記した単結晶LaB6からなるカソード
１１は、例えばその長さが１〜３mm、断面寸法
0.6×0.8mm程度の棒状のもので、鋭くした先端部
の軸方位を＜110＞とし、その最先端曲率半径を
260μm〜1000μmとしたものである。なお、カソ
ード１１の先端部の円錐角は前記第２図に示す如
く90度としたものである。
１１は、例えばその長さが１〜３mm、断面寸法
0.6×0.8mm程度の棒状のもので、鋭くした先端部
の軸方位を＜110＞とし、その最先端曲率半径を
260μm〜1000μmとしたものである。なお、カソ
ード１１の先端部の円錐角は前記第２図に示す如
く90度としたものである。
このような構造を有する単結晶LaB6カソード
１１によれば、クロスオーバａでのビーム開き角
が３（ｍ rad）以上となり、クロスオーバ径が
15（μm φ）程度となる。しかも２〜７×105
（Ａ／cm2str）程度の高い輝度を得ることができ
る。また上記曲率半径の単結晶LaB6カソード１
１によれば、バイヤス抵抗の変化に対してそのビ
ーム開き角やクロスオーバ寸法が殆んど変化せ
ず、輝度のみが変化すると云う安定した特性を得
ることができる。その上、ウエネルト１４の形状
やウエネルト・アノード間の距離の変化に対して
も上記特性がさほど変化することがなく、安定し
た電子ビームを得ることができる。更には上記輝
度は従来のＷフイラメントカソードに比して非常
に高いものであり、これにより電子ビーム露光に
供し得る高い試料電流を容易に得ることが可能と
なる。従つて整形ビームによる利点を十分に活か
した電子ビーム装置を実現することができる。ま
た単結晶LaB6カソードの寿命は非常に長く、例
えばＷフイラメントカソードの50倍程度にも達す
る。従つて長時間に亘る使用も可能となり、常に
安定した電子ビームを得ることができる。尚、
LaB6カソード１１の先端部の軸方位を＜110＞と
することにより、＜100＞面としたものに比して加
熱電力を小さく抑えて、必要とするに十分な性能
を簡易に得ることができる。
１１によれば、クロスオーバａでのビーム開き角
が３（ｍ rad）以上となり、クロスオーバ径が
15（μm φ）程度となる。しかも２〜７×105
（Ａ／cm2str）程度の高い輝度を得ることができ
る。また上記曲率半径の単結晶LaB6カソード１
１によれば、バイヤス抵抗の変化に対してそのビ
ーム開き角やクロスオーバ寸法が殆んど変化せ
ず、輝度のみが変化すると云う安定した特性を得
ることができる。その上、ウエネルト１４の形状
やウエネルト・アノード間の距離の変化に対して
も上記特性がさほど変化することがなく、安定し
た電子ビームを得ることができる。更には上記輝
度は従来のＷフイラメントカソードに比して非常
に高いものであり、これにより電子ビーム露光に
供し得る高い試料電流を容易に得ることが可能と
なる。従つて整形ビームによる利点を十分に活か
した電子ビーム装置を実現することができる。ま
た単結晶LaB6カソードの寿命は非常に長く、例
えばＷフイラメントカソードの50倍程度にも達す
る。従つて長時間に亘る使用も可能となり、常に
安定した電子ビームを得ることができる。尚、
LaB6カソード１１の先端部の軸方位を＜110＞と
することにより、＜100＞面としたものに比して加
熱電力を小さく抑えて、必要とするに十分な性能
を簡易に得ることができる。
以上の利点、効果は本発明者らによる次のよう
な実験結果により裏付けされる。
な実験結果により裏付けされる。
第３図は単結晶LaB6カソード１１を用いた電
子銃の輝度、ビーム開き角、そしてクロスオーバ
径のバイヤス抵抗に対する依存性を示したもので
ある。第３図において特性Ａは輝度、特性Ｂはビ
ーム開き角、そして特性Ｃはクロスオーバ径をそ
れぞれ示している。これらの特性から明らかなよ
うにバイヤス抵抗が２（ＭΩ）以下であるときに
はその輝度を２×105（Ａ／cm2str）以上と大きく
することができる。また同時にビーム開き角を４
〜６（ｍ rad）と広くし、クロスオーバ径を略
15〜20（μm φ）と大きくすることができる。故
にアパーチヤ２を一様なる電流密度の高い輝度で
照明するに十分なる特性を得る。
子銃の輝度、ビーム開き角、そしてクロスオーバ
径のバイヤス抵抗に対する依存性を示したもので
ある。第３図において特性Ａは輝度、特性Ｂはビ
ーム開き角、そして特性Ｃはクロスオーバ径をそ
れぞれ示している。これらの特性から明らかなよ
うにバイヤス抵抗が２（ＭΩ）以下であるときに
はその輝度を２×105（Ａ／cm2str）以上と大きく
することができる。また同時にビーム開き角を４
〜６（ｍ rad）と広くし、クロスオーバ径を略
15〜20（μm φ）と大きくすることができる。故
にアパーチヤ２を一様なる電流密度の高い輝度で
照明するに十分なる特性を得る。
また第４図はカソード１１の先端部曲率半径に
対する輝度、クロスオーバ変動幅、ビーム開き角
の依存性を示したものである。図において特性Ｄ
は電子銃、特性Ｅはクロスオーバ変動幅、そして
特性Ｆはビーム開き角をそれぞれ示している。こ
の特性から明らかなように、カソード先端部曲率
半径を260μm〜1000μmとすれば十分大なるビー
ム開き角、この例では５（ｍ rad）程度を得、
そのときのクロスオーバ変動幅を５（μm）程度と
十分低くした電子ビームを得ることができる。
尚、この特性はバイヤス抵抗を2.24（ＭΩ）に設
定したときの実験結果であり、バイヤス抵抗を変
えることにより若干の特性変化はあるが、本質的
には全く問題が生じない。また、電子銃特性を決
めるのは実際に電子銃電流が放出されている先端
部とその近傍のみであることから、カソード１１
の先端部の円錐角を変えても上記特性に有為差は
認められなかつた。
対する輝度、クロスオーバ変動幅、ビーム開き角
の依存性を示したものである。図において特性Ｄ
は電子銃、特性Ｅはクロスオーバ変動幅、そして
特性Ｆはビーム開き角をそれぞれ示している。こ
の特性から明らかなように、カソード先端部曲率
半径を260μm〜1000μmとすれば十分大なるビー
ム開き角、この例では５（ｍ rad）程度を得、
そのときのクロスオーバ変動幅を５（μm）程度と
十分低くした電子ビームを得ることができる。
尚、この特性はバイヤス抵抗を2.24（ＭΩ）に設
定したときの実験結果であり、バイヤス抵抗を変
えることにより若干の特性変化はあるが、本質的
には全く問題が生じない。また、電子銃特性を決
めるのは実際に電子銃電流が放出されている先端
部とその近傍のみであることから、カソード１１
の先端部の円錐角を変えても上記特性に有為差は
認められなかつた。
かくして前記した構造を有する単結晶LaB6カ
ソードによれば、上記した実験結果からも示され
るように、十分大きなビーム開き角によつてアパ
ーチヤ２を一様な電流密度の電子ビームで照明す
ることができる。しかも単にバイヤス抵抗を変え
ることによつて、クロスオーバ寸法やビーム開き
角を変えることなく、輝度を１桁程度も大幅に調
整することができる。また電子銃の長寿命化をは
かり得、Ｗフイラメントカソードに比して安定し
た動作を行わしめることができる。故に輝度が高
く、試料電流も高い電子ビームを長期に亘つて安
定に得ることのできる電子銃を実現することがで
きる。
ソードによれば、上記した実験結果からも示され
るように、十分大きなビーム開き角によつてアパ
ーチヤ２を一様な電流密度の電子ビームで照明す
ることができる。しかも単にバイヤス抵抗を変え
ることによつて、クロスオーバ寸法やビーム開き
角を変えることなく、輝度を１桁程度も大幅に調
整することができる。また電子銃の長寿命化をは
かり得、Ｗフイラメントカソードに比して安定し
た動作を行わしめることができる。故に輝度が高
く、試料電流も高い電子ビームを長期に亘つて安
定に得ることのできる電子銃を実現することがで
きる。
尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるもの
ではなく、先端部の軸方位を＜100＞とした単結
晶LaB6でも相当な効果が期待できる。またアパ
ーチヤを多段に構成した可変整形ビーム形のもの
に対しても同様に適用することができる。更には
カソード１１の形状・寸法等は仕様に応じて適宜
定めればよいものであり、要するに本発明はその
要旨を逸脱しない範囲で種々変形し、各種の電子
光学鏡筒に幅広く適用することができる。
ではなく、先端部の軸方位を＜100＞とした単結
晶LaB6でも相当な効果が期待できる。またアパ
ーチヤを多段に構成した可変整形ビーム形のもの
に対しても同様に適用することができる。更には
カソード１１の形状・寸法等は仕様に応じて適宜
定めればよいものであり、要するに本発明はその
要旨を逸脱しない範囲で種々変形し、各種の電子
光学鏡筒に幅広く適用することができる。
第１図は電子ビーム装置の概略構成を示す模式
図、第２図はカソードの形状を示す図、第３図は
バイヤス抵抗に対する電子ビームの輝度・ビーム
開き角・クロスオーバ寸法の依存性を示す実験結
果のグラフ、第４図は電子ビームの輝度・ビーム
開き角・クロスオーバ寸法のカソード曲率半径依
存性を示す実験結果のグラフである。 １…電子銃、２…アパーチヤ、３，３…コンデ
ンサレンズ、６…対物レンズ、７…ブランキング
偏向板、８ａ，８ｂ…走査偏向板、１１…カソー
ド（単結晶LaB6）、１２…ヒータ、１３…アノー
ド、１４…ウエネルト。
図、第２図はカソードの形状を示す図、第３図は
バイヤス抵抗に対する電子ビームの輝度・ビーム
開き角・クロスオーバ寸法の依存性を示す実験結
果のグラフ、第４図は電子ビームの輝度・ビーム
開き角・クロスオーバ寸法のカソード曲率半径依
存性を示す実験結果のグラフである。 １…電子銃、２…アパーチヤ、３，３…コンデ
ンサレンズ、６…対物レンズ、７…ブランキング
偏向板、８ａ，８ｂ…走査偏向板、１１…カソー
ド（単結晶LaB6）、１２…ヒータ、１３…アノー
ド、１４…ウエネルト。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 凸状先端部のカソード曲率半径を260μm〜
1000μmとした単結晶LaB6カソードを備えたこと
を特徴とする整形ビーム形電子光学鏡筒用の電子
銃。 ２ カソード先端部の結晶軸方位が〈110〉であ
る特許請求の範囲第１項記載の電子銃。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3854679A JPS55131946A (en) | 1979-03-31 | 1979-03-31 | Electron gun |
| GB8010167A GB2049270B (en) | 1979-03-31 | 1980-03-26 | Electron gun |
| US06/134,677 US4346325A (en) | 1979-03-31 | 1980-03-27 | Electron gun |
| DE19803011979 DE3011979A1 (de) | 1979-03-31 | 1980-03-27 | Elektronenrohr fuer ein richtstrahl- elektronenstrahlbegrenzungssystem |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3854679A JPS55131946A (en) | 1979-03-31 | 1979-03-31 | Electron gun |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55131946A JPS55131946A (en) | 1980-10-14 |
| JPS6343859B2 true JPS6343859B2 (ja) | 1988-09-01 |
Family
ID=12528278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3854679A Granted JPS55131946A (en) | 1979-03-31 | 1979-03-31 | Electron gun |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4346325A (ja) |
| JP (1) | JPS55131946A (ja) |
| DE (1) | DE3011979A1 (ja) |
| GB (1) | GB2049270B (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5679828A (en) * | 1979-12-05 | 1981-06-30 | Toshiba Corp | Electron gun |
| US4543512A (en) * | 1980-10-15 | 1985-09-24 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Electron beam exposure system |
| JPS57128433A (en) * | 1980-12-27 | 1982-08-10 | Denki Kagaku Kogyo Kk | High luminance electron gun |
| JPS57132632A (en) * | 1981-02-09 | 1982-08-17 | Hitachi Ltd | Ion source |
| US4528474A (en) * | 1982-03-05 | 1985-07-09 | Kim Jason J | Method and apparatus for producing an electron beam from a thermionic cathode |
| US4641103A (en) * | 1984-07-19 | 1987-02-03 | John M. J. Madey | Microwave electron gun |
| US4795940A (en) * | 1987-10-14 | 1989-01-03 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Large area directly heated lanthanum hexaboride cathode structure having predetermined emission profile |
| US5633507A (en) * | 1995-09-19 | 1997-05-27 | International Business Machines Corporation | Electron beam lithography system with low brightness |
| JP2002298755A (ja) * | 2001-01-26 | 2002-10-11 | Sony Corp | 電子銃と陰極線管及び画像表示装置 |
| US8501136B2 (en) * | 2006-02-06 | 2013-08-06 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Synthesis and processing of rare-earth boride nanowires as electron emitters |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52110563A (en) * | 1976-03-15 | 1977-09-16 | Hitachi Ltd | Hexagonal boride cathode |
| JPS52117575A (en) * | 1976-03-30 | 1977-10-03 | Toshiba Corp | Electronic gun for electronic beam exposure unit |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR603005A (fr) * | 1925-09-08 | 1926-04-07 | Julien Sa Des Ets | Perfectionnements aux machines à façonner les flans circulaires et plus particulièrement les boutons |
| US4055780A (en) * | 1975-04-10 | 1977-10-25 | National Institute For Researches In Inorganic Materials | Thermionic emission cathode having a tip of a single crystal of lanthanum hexaboride |
| JPS5230151A (en) * | 1975-09-03 | 1977-03-07 | Hitachi Ltd | Electric fieled radiation-type cold cathode |
| US4054946A (en) * | 1976-09-28 | 1977-10-18 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Electron source of a single crystal of lanthanum hexaboride emitting surface of (110) crystal plane |
| US4137476A (en) * | 1977-05-18 | 1979-01-30 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Thermionic cathode |
| US4200555A (en) * | 1978-07-27 | 1980-04-29 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Low work function hexaboride electron source |
| US4258283A (en) * | 1978-08-31 | 1981-03-24 | Balzers Aktiengesellschaft Fur Hochvakuumtechnik Und Dunne Schichten | Cathode for electron emission |
| US4260525A (en) * | 1978-11-27 | 1981-04-07 | Rca Corporation | Single-crystal hexaborides and method of preparation |
| JPS5588233A (en) * | 1978-12-26 | 1980-07-03 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Hexaboride single crystal cathode |
-
1979
- 1979-03-31 JP JP3854679A patent/JPS55131946A/ja active Granted
-
1980
- 1980-03-26 GB GB8010167A patent/GB2049270B/en not_active Expired
- 1980-03-27 DE DE19803011979 patent/DE3011979A1/de not_active Ceased
- 1980-03-27 US US06/134,677 patent/US4346325A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52110563A (en) * | 1976-03-15 | 1977-09-16 | Hitachi Ltd | Hexagonal boride cathode |
| JPS52117575A (en) * | 1976-03-30 | 1977-10-03 | Toshiba Corp | Electronic gun for electronic beam exposure unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4346325A (en) | 1982-08-24 |
| GB2049270A (en) | 1980-12-17 |
| DE3011979A1 (de) | 1980-10-02 |
| JPS55131946A (en) | 1980-10-14 |
| GB2049270B (en) | 1983-02-16 |
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|---|---|---|
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