JPS6346942B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6346942B2 JPS6346942B2 JP12368679A JP12368679A JPS6346942B2 JP S6346942 B2 JPS6346942 B2 JP S6346942B2 JP 12368679 A JP12368679 A JP 12368679A JP 12368679 A JP12368679 A JP 12368679A JP S6346942 B2 JPS6346942 B2 JP S6346942B2
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- JP
- Japan
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- chip
- single crystal
- electron beam
- axis
- crystal orientation
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Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 60
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 33
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 5
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 20
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
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- 230000007774 longterm Effects 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J3/02—Electron guns
-
- 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 or ion-optical arrangement
- H01J37/06—Electron sources; Electron guns
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、ランタンヘキサボライド（LaB6）
単結晶チツプを用いた電子銃に関する。
単結晶チツプを用いた電子銃に関する。
近年、LaB6単結晶チツプを用いた電子銃が電
子線露光装置等の電子線機器に用いられるように
なつてきた。その基本構造は、概略第１図のよう
になつている。１がLaB6単結晶チツプで四角柱
をなし、その先端部を四角錐とし、この四角錐の
先端を円錐状に加工しており、このチツプを所定
の温度に加熱すると共に、ウエネルト２との間に
所定のバイアス電圧を与えて、陽極４に加えられ
た高電圧により先端から電子ビーム３を引出すよ
うにしている。単結晶チツプ１の軸は例えば
〔100〕に選ばれる。
子線露光装置等の電子線機器に用いられるように
なつてきた。その基本構造は、概略第１図のよう
になつている。１がLaB6単結晶チツプで四角柱
をなし、その先端部を四角錐とし、この四角錐の
先端を円錐状に加工しており、このチツプを所定
の温度に加熱すると共に、ウエネルト２との間に
所定のバイアス電圧を与えて、陽極４に加えられ
た高電圧により先端から電子ビーム３を引出すよ
うにしている。単結晶チツプ１の軸は例えば
〔100〕に選ばれる。
この電子銃は、従来の例えば焼結体チツプを用
いたものに比べて電子ビームが高輝度であり、か
つ長寿命であるという利点を有する反面、電子ビ
ームのクロスオーバー像が加熱温度およびバイア
ス電圧によつて複数のスポツトに分裂するためク
ロスオーバー像の直径が安定しないこと、輝度が
動作時間と共に減少すること、加熱温度が高温で
あるためLaB6の蒸発が大きくこれがウエネルト
内面に付着して電子銃の動作が不安定になり易い
こと、等の欠点を持つていた。
いたものに比べて電子ビームが高輝度であり、か
つ長寿命であるという利点を有する反面、電子ビ
ームのクロスオーバー像が加熱温度およびバイア
ス電圧によつて複数のスポツトに分裂するためク
ロスオーバー像の直径が安定しないこと、輝度が
動作時間と共に減少すること、加熱温度が高温で
あるためLaB6の蒸発が大きくこれがウエネルト
内面に付着して電子銃の動作が不安定になり易い
こと、等の欠点を持つていた。
この発明は、従来のLaB6単結晶チツプを用い
た電子銃からの電子ビーム放射の様子を詳細に検
討した結果に基づいて上記した欠点を除去した電
子銃を提供するものである。
た電子銃からの電子ビーム放射の様子を詳細に検
討した結果に基づいて上記した欠点を除去した電
子銃を提供するものである。
この発明の骨子は、LaB6単結晶チツプを用い、
〔023〕および〔032〕をそれぞれ中心としてこれ
から11゜18′の傾きの範囲を含む第１および第２の
領域と〔011〕を中心とするステレオ投影図にお
ける〔123〕、〔122〕、〔132〕、〔１32〕、〔１22〕
お
よび〔１23〕を結ぶ円内の第３の領域との和集合
から選ばれた結晶方位から上記ステレオ投影図に
おける〔１22〕、〔011〕および〔122〕を結ぶ直線
上の第４の領域にある結晶方位を除く結晶方位ま
たはこれと等価な結晶方位をもつ結晶面から選択
的に電子ビームを引出すようにした点にある。
〔023〕および〔032〕をそれぞれ中心としてこれ
から11゜18′の傾きの範囲を含む第１および第２の
領域と〔011〕を中心とするステレオ投影図にお
ける〔123〕、〔122〕、〔132〕、〔１32〕、〔１22〕
お
よび〔１23〕を結ぶ円内の第３の領域との和集合
から選ばれた結晶方位から上記ステレオ投影図に
おける〔１22〕、〔011〕および〔122〕を結ぶ直線
上の第４の領域にある結晶方位を除く結晶方位ま
たはこれと等価な結晶方位をもつ結晶面から選択
的に電子ビームを引出すようにした点にある。
具体的には、例えば単結晶チツプの軸を、前記
第１および第２の領域と第３の領域の和集合から
選ばれた結晶方位から前記第４の領域にある結晶
方位を除いた結晶方位またはこれと等価な方位に
設定し、かつ電子ビームを引出す電界の方向をこ
の単結晶チツプのほぼ軸方向に設定すればよい。
第１および第２の領域と第３の領域の和集合から
選ばれた結晶方位から前記第４の領域にある結晶
方位を除いた結晶方位またはこれと等価な方位に
設定し、かつ電子ビームを引出す電界の方向をこ
の単結晶チツプのほぼ軸方向に設定すればよい。
この発明の詳細を説明する前に、まず、LaB6
単結晶チツプの軸を〔100〕に選んだ場合にこの
チツプから放射される電子ビームの特性について
説明する。得られる電子ビームのクロスオーバー
像形状は単結晶チツプの加熱温度およびバイアス
電圧に依存して変化する。その様子を第２図ａ，
ｂに示す。バイアス電圧は電子銃の幾何学条件に
大きく依存するが、第１図でV1＜V2＜V3＜V4で
ある。電子線露光装置における電子銃には、クロ
スオーバー形状が単一スポツトとなり、しかも輝
度Ｂが得られ、更に安定動作のためにチツプ加熱
温度をできるだけ低温にすることが要求される。
このような電子銃の使用条件は、第２図から、加
熱温度T3、バイアス電圧V3で与えられる。一方、
電子ビームの直径は第２図ａのＡで与えられる。
電子ビームの直径Ａとチツプ加熱温度の関係を示
すと第３図のようになる。このように、加熱温度
T3より低い領域で電子ビーム径は、クロスオー
バー像が複数に分裂するため急激に大きくなる。
第３図と同様の関係は電子ビーム直径とバイアス
電圧との間にもあつて、バイアス電圧がV3より
低い領域で電子ビーム径は急激に大きくなる。従
つて加熱温度T3、バイアス電圧V3なる使用条件
は、電子ビーム径が変化しやすい点でもある。
単結晶チツプの軸を〔100〕に選んだ場合にこの
チツプから放射される電子ビームの特性について
説明する。得られる電子ビームのクロスオーバー
像形状は単結晶チツプの加熱温度およびバイアス
電圧に依存して変化する。その様子を第２図ａ，
ｂに示す。バイアス電圧は電子銃の幾何学条件に
大きく依存するが、第１図でV1＜V2＜V3＜V4で
ある。電子線露光装置における電子銃には、クロ
スオーバー形状が単一スポツトとなり、しかも輝
度Ｂが得られ、更に安定動作のためにチツプ加熱
温度をできるだけ低温にすることが要求される。
このような電子銃の使用条件は、第２図から、加
熱温度T3、バイアス電圧V3で与えられる。一方、
電子ビームの直径は第２図ａのＡで与えられる。
電子ビームの直径Ａとチツプ加熱温度の関係を示
すと第３図のようになる。このように、加熱温度
T3より低い領域で電子ビーム径は、クロスオー
バー像が複数に分裂するため急激に大きくなる。
第３図と同様の関係は電子ビーム直径とバイアス
電圧との間にもあつて、バイアス電圧がV3より
低い領域で電子ビーム径は急激に大きくなる。従
つて加熱温度T3、バイアス電圧V3なる使用条件
は、電子ビーム径が変化しやすい点でもある。
また、LaB6単結晶チツプの軸を〔100〕に選ん
だ場合、電子銃は経時変化を示し、加熱温度T3、
バイアス電圧V3の使用条件では動作時間と共に
クロスオーバーが複数のスポツトに分裂し、輝度
が低下してくる。従つてある一定時間経過後、再
び加熱温度とバイアス電圧を調整しなければなら
ない。例えば、加速電圧20kV、輝度１×106A／
strcm2、加熱温度T31500℃の条件で電子銃を動
作させた場合、約100時間毎に再調整の必要があ
つた。
だ場合、電子銃は経時変化を示し、加熱温度T3、
バイアス電圧V3の使用条件では動作時間と共に
クロスオーバーが複数のスポツトに分裂し、輝度
が低下してくる。従つてある一定時間経過後、再
び加熱温度とバイアス電圧を調整しなければなら
ない。例えば、加速電圧20kV、輝度１×106A／
strcm2、加熱温度T31500℃の条件で電子銃を動
作させた場合、約100時間毎に再調整の必要があ
つた。
以上のような特性は、単結晶チツプの軸を
〔111〕に選んだ場合、あるいは焼結体チツプの場
合にも同様である。
〔111〕に選んだ場合、あるいは焼結体チツプの場
合にも同様である。
ところで、LaB6単結晶チツプの軸が〔011〕か
らわずかにずれているものを用いた電子銃の特性
を調べた結果、クロスオーバー形状の加熱温度お
よびバイアス電圧依存性は第４図ａ，ｂのように
なつた。図から明らかなように、電子ビームの直
径はT2以上の加熱温度およびV2以上のバイアス
電圧の変化に対して安定であつた。この場合、使
用条件は必要な輝度Ｂが得られる加熱温度T3、
バイアス電圧V3で与えられるが、輝度の経時変
化は小さく、使用条件の再調整の間隔を500時間
まで長くすることができた。
らわずかにずれているものを用いた電子銃の特性
を調べた結果、クロスオーバー形状の加熱温度お
よびバイアス電圧依存性は第４図ａ，ｂのように
なつた。図から明らかなように、電子ビームの直
径はT2以上の加熱温度およびV2以上のバイアス
電圧の変化に対して安定であつた。この場合、使
用条件は必要な輝度Ｂが得られる加熱温度T3、
バイアス電圧V3で与えられるが、輝度の経時変
化は小さく、使用条件の再調整の間隔を500時間
まで長くすることができた。
このように、〔011〕からわずかにずれた結晶方
位をチツプの軸にもつLaB6単結晶チツプでは、
動作条件設定のためにクロスオーバーのスポツト
の数を考慮する必要がなく、しかも輝度が長時間
安定であつた。
位をチツプの軸にもつLaB6単結晶チツプでは、
動作条件設定のためにクロスオーバーのスポツト
の数を考慮する必要がなく、しかも輝度が長時間
安定であつた。
次に発明者らは〔100〕と〔111〕を軸にもつ
LaB6単結晶チツプについて、クロスオーバーの
スポツトの数と互いの角度を解析した。第５図は
〔111〕を軸とした場合の加熱温度T2、バイアス
電圧V3のときのクロスオーバー像である。この
結果、電子ビームは、低温では｛310｝面を中心
とする領域から放射され、高温になるに従つてチ
ツプ軸と直交する面から放射されるという事実を
確認した。〔011〕をチツプの軸とするものではチ
ツプ先端部に（013）面と（031）面が現われ、こ
の２つの結晶面がクロスオーバーの２つのスポツ
トに対応する。この様子を第６図に示す。即ち単
結晶チツプ１の先端部の２点１ａ，１ｂに（031）
面、（013）面が現われ、低温ではこの２点から等
しい強度で電子ビームが放射される結果、クロス
オーバーに２つのスポツト２ａ，２ｂが出る。こ
れに対し、第７図に示すように、単結晶チツプ１
の軸を〔011〕からわずかにずらすと、チツプ軸
から遠い方の点１ｂ、即ち（013）面からの電子
ビーム放射が弱くなり、低温にて単一スポツトを
得ることができるのである。
LaB6単結晶チツプについて、クロスオーバーの
スポツトの数と互いの角度を解析した。第５図は
〔111〕を軸とした場合の加熱温度T2、バイアス
電圧V3のときのクロスオーバー像である。この
結果、電子ビームは、低温では｛310｝面を中心
とする領域から放射され、高温になるに従つてチ
ツプ軸と直交する面から放射されるという事実を
確認した。〔011〕をチツプの軸とするものではチ
ツプ先端部に（013）面と（031）面が現われ、こ
の２つの結晶面がクロスオーバーの２つのスポツ
トに対応する。この様子を第６図に示す。即ち単
結晶チツプ１の先端部の２点１ａ，１ｂに（031）
面、（013）面が現われ、低温ではこの２点から等
しい強度で電子ビームが放射される結果、クロス
オーバーに２つのスポツト２ａ，２ｂが出る。こ
れに対し、第７図に示すように、単結晶チツプ１
の軸を〔011〕からわずかにずらすと、チツプ軸
から遠い方の点１ｂ、即ち（013）面からの電子
ビーム放射が弱くなり、低温にて単一スポツトを
得ることができるのである。
第８図はLaB6単結晶の〔011〕からみたステレ
オ投影図である。この図から明らかなように、
〔032〕に近接して〔031〕があり、〔031〕から離
れて等距離に〔013〕、〔130〕、〔１30〕がある。従
つて〔032〕は単一スポツトを与えるもつともよ
い条件の結晶方位と考えられる。実際にLaB6単
結晶チツプの軸を〔032〕に選んで評価した結果、
予想どおりクロスオーバーは低温で単一スポツト
となつた。
オ投影図である。この図から明らかなように、
〔032〕に近接して〔031〕があり、〔031〕から離
れて等距離に〔013〕、〔130〕、〔１30〕がある。従
つて〔032〕は単一スポツトを与えるもつともよ
い条件の結晶方位と考えられる。実際にLaB6単
結晶チツプの軸を〔032〕に選んで評価した結果、
予想どおりクロスオーバーは低温で単一スポツト
となつた。
〔011〕および〔032〕を軸にもつLaB6単結晶
チツプの解析から、単一スポツトを与え易い結晶
方位は、〔032〕を中心とし〔032〕と〔011〕のな
す角11゜18′の領域の方位と考えられる。実際に確
認してみると、第９図に示すように、〔123〕、
〔122〕、〔132〕、〔１32〕、〔１22〕、〔１23〕を通
る
円内の結晶方位から〔１22〕、〔011〕および
〔122〕を結ぶ直線上の領域の結晶方位を除く結晶
方位にチツプの軸を選んだ場合に、低温で単一ス
ポツトが得られることがわかつた。従つてこの発
明の目的にかなうのは、第９図において、〔032〕
および〔023〕をそれぞれ中心としてこれから
11゜18′の傾きの範囲を含む第１の領域および第
２の領域と123〔122〕、〔132〕、〔１32〕、〔１22
〕
および〔123〕を結ぶ円内の第３の領域の和集
合から選ばれた結晶方位から、〔１22〕、〔011〕お
よび〔122〕を結ぶ直線上の第４の領域にある
結晶方位を除いた結晶方位またはこれと等価な結
晶方位を単結晶チツプの軸とし、かつ電子ビーム
を引出す電界の方向をこの単結晶チツプのほぼ軸
方向に設定することである。
チツプの解析から、単一スポツトを与え易い結晶
方位は、〔032〕を中心とし〔032〕と〔011〕のな
す角11゜18′の領域の方位と考えられる。実際に確
認してみると、第９図に示すように、〔123〕、
〔122〕、〔132〕、〔１32〕、〔１22〕、〔１23〕を通
る
円内の結晶方位から〔１22〕、〔011〕および
〔122〕を結ぶ直線上の領域の結晶方位を除く結晶
方位にチツプの軸を選んだ場合に、低温で単一ス
ポツトが得られることがわかつた。従つてこの発
明の目的にかなうのは、第９図において、〔032〕
および〔023〕をそれぞれ中心としてこれから
11゜18′の傾きの範囲を含む第１の領域および第
２の領域と123〔122〕、〔132〕、〔１32〕、〔１22
〕
および〔123〕を結ぶ円内の第３の領域の和集
合から選ばれた結晶方位から、〔１22〕、〔011〕お
よび〔122〕を結ぶ直線上の第４の領域にある
結晶方位を除いた結晶方位またはこれと等価な結
晶方位を単結晶チツプの軸とし、かつ電子ビーム
を引出す電界の方向をこの単結晶チツプのほぼ軸
方向に設定することである。
以上のように、この発明に係る電子銃では、
LaB6単結晶チツプの結晶方位と電子ビーム引出
し電界との関係を選択することによつて、電子ビ
ームのクロスオーバー像は低温においても単一ス
ポツトとすることができ、しかも電子ビーム径が
安定で長時間の動作でも輝度の低下が小さい。従
つて従来のように、輝度の低下を補償するために
単結晶チツプの加熱温度を徐々に上げていき、
LaB6の蒸発により電子銃の動作を不安定なもの
とするおそれもない。また、電子ビーム径がチツ
プの加熱温度およびバイアス電圧に余り依存しな
いので、調整も容易である、という利点を有す
る。
LaB6単結晶チツプの結晶方位と電子ビーム引出
し電界との関係を選択することによつて、電子ビ
ームのクロスオーバー像は低温においても単一ス
ポツトとすることができ、しかも電子ビーム径が
安定で長時間の動作でも輝度の低下が小さい。従
つて従来のように、輝度の低下を補償するために
単結晶チツプの加熱温度を徐々に上げていき、
LaB6の蒸発により電子銃の動作を不安定なもの
とするおそれもない。また、電子ビーム径がチツ
プの加熱温度およびバイアス電圧に余り依存しな
いので、調整も容易である、という利点を有す
る。
第１図はLaB6単結晶チツプを用いた電子銃の
基本構成を示す図、第２図ａ，ｂは単結晶チツプ
の軸を〔100〕に選んだ場合に得られる電子ビー
ムのクロスオーバー像の加熱温度およびバイアス
電圧依存性を示す図、第３図は同じく電子ビーム
直径の加熱温度依存性を示す図、第４図ａ，ｂは
単結晶チツプの軸が〔011〕からわずかにずれて
いる場合に得られる電子ビームのクロスオーバー
像の加熱温度およびバイアス電圧依存性を示す
図、第５図は単結晶チツプの軸を〔111〕に選ん
だ場合に得られる電子ビームのクロスオーバー像
を示す図、第６図は単結晶チツプの軸に〔011〕
を選んだ場合にクロスオーバー像が２つのスポツ
トに分裂する様子を示す図、第７図は単結晶チツ
プの軸を〔011〕からわずかにずらした場合に単
一スポツトが得られる様子を示す図、第８図およ
び第９図はこの発明での好ましい結晶方位を説明
するための〔011〕からみたLaB6単結晶のステレ
オ投影図である。 １…LaB6単結晶チツプ、２…ウエネルト、３
…電子ビーム、…第１の領域、…第２の領
域、…第３の領域、…第４の領域。
基本構成を示す図、第２図ａ，ｂは単結晶チツプ
の軸を〔100〕に選んだ場合に得られる電子ビー
ムのクロスオーバー像の加熱温度およびバイアス
電圧依存性を示す図、第３図は同じく電子ビーム
直径の加熱温度依存性を示す図、第４図ａ，ｂは
単結晶チツプの軸が〔011〕からわずかにずれて
いる場合に得られる電子ビームのクロスオーバー
像の加熱温度およびバイアス電圧依存性を示す
図、第５図は単結晶チツプの軸を〔111〕に選ん
だ場合に得られる電子ビームのクロスオーバー像
を示す図、第６図は単結晶チツプの軸に〔011〕
を選んだ場合にクロスオーバー像が２つのスポツ
トに分裂する様子を示す図、第７図は単結晶チツ
プの軸を〔011〕からわずかにずらした場合に単
一スポツトが得られる様子を示す図、第８図およ
び第９図はこの発明での好ましい結晶方位を説明
するための〔011〕からみたLaB6単結晶のステレ
オ投影図である。 １…LaB6単結晶チツプ、２…ウエネルト、３
…電子ビーム、…第１の領域、…第２の領
域、…第３の領域、…第４の領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ランタンヘキサボライド単結晶チツプを用い
た電子銃において、単結晶チツプの軸を、 ［011］の結晶方位から［011］を中心とするス
テレオ投影図における［１22］、［011］及び
［122］を結ぶ直線方向とは異なる方向に僅かに傾
けた結晶方位、又はこれと等価な結晶方位に設定
し、電子ビームを引出す電界の方向をこの単結晶
チツプの略軸方向に設定し、且つ単結晶チツプの
先端部にその軸方向に対して非対称に｛310｝面
を形成することにより、単結晶チツプの先端部に
最も近い｛310｝面から電子を選択的に放出させ
て単一のスポツトビームを形成することを特徴と
する電子銃。 ２ 単結晶チツプの軸を、［023］の結晶方位又は
これと等価な結晶方位に設定し、電子ビームを引
出す電界の方向をこの単結晶チツプのほぼ軸方向
に設定した特許請求の範囲第１項記載の電子銃。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12368679A JPS5648028A (en) | 1979-09-26 | 1979-09-26 | Electron gun |
| EP80105690A EP0026427A1 (en) | 1979-09-26 | 1980-09-22 | Electron gun |
| US06/189,908 US4363995A (en) | 1979-09-26 | 1980-09-23 | Electron gun |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12368679A JPS5648028A (en) | 1979-09-26 | 1979-09-26 | Electron gun |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5648028A JPS5648028A (en) | 1981-05-01 |
| JPS6346942B2 true JPS6346942B2 (ja) | 1988-09-19 |
Family
ID=14866802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12368679A Granted JPS5648028A (en) | 1979-09-26 | 1979-09-26 | Electron gun |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4363995A (ja) |
| EP (1) | EP0026427A1 (ja) |
| JP (1) | JPS5648028A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4468586A (en) * | 1981-05-26 | 1984-08-28 | International Business Machines Corporation | Shaped electron emission from single crystal lanthanum hexaboride with intensity distribution |
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