KR102274298B1

KR102274298B1 - 전자빔 공구를 위한 전자총

Info

Publication number: KR102274298B1
Application number: KR1020190067828A
Authority: KR
Inventors: 빅터 카삽
Original assignee: 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지; 뉴플레어 테크놀로지 아메리카, 인크.
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2021-07-08
Also published as: KR20200064877A; TWI714108B; US10573481B1; JP2020087930A; TW202020915A; JP7442299B2

Abstract

본 발명은 또한 전자 방출 장치에 관한 것이다. 전자 방출 장치는 전자총을 포함한다. 전자총은 캐소드, 웨넬트 및 애노드를 포함한다. 캐소드는 전자빔을 제공하도록 구성된다. 웨넬트는 보어를 가진다. 보어는 전자빔을 통과하도록 구성된다. 애노드는 캐소드에 근접하여 배치된다. 웨넬트의 보어의 직경과 웨넬트와 캐소드 사이의 오프셋은 소정의 치수 관계를 만족시킨다. 소정의 치수 관계는 적어도 애노드의 보어의 직경 및 웨넬트와 애노드 사이의 거리의 함수이다.

Description

전자빔 공구를 위한 전자총{ELECTRON GUNS FOR ELECTRON BEAM TOOLS}

본 발명은 일반적으로 전자총에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 안정적인 크로스오버 크기 및 위치를 가짐으로써 전자총의 캐소드의 유효 수명을 연장시키는 전자총에 관한 것이다.

기존의 전자빔(e-빔) 리소그래피 공구(예: 리소그래피 공구, 프로브, 자유 전자 레이저, 및 전자 및 이온 건) 및 특성화 공구(예: 주사전자현미경(scanning electron microscopes, SEMs) 및 투과전자현미경(transmission electron microscopes, TEMs))는 소결 또는 결정형의 란타늄 헥사보라이드(LaB₆), 세륨 헥사보라이드(CeB₆)를 주재료로 제조된 캐소드를 사용한다. 종래의 Ba계 및 쇼트키 타입 캐소드와는 달리, LaB₆ 캐소드에서의, 방출 LaB₆ 결정 크기는 작동 중에 감소한다. 그 결과, 캐소드 방출 영역은 주변의 비방출성 물질로 싱크된다. 이러한 현상을 LaB₆ 결정 손실(LaB₆ crystal loss)이라 한다. 결정 손실은 전자총의 애노드를 향한 총 크로스오버 변위(gun crossover displacement) 또는 드리프트를 야기한다. 또한, 크로스오버 크기는 결정 손실에 따라 증가한다. 크로스오버 변위 및 크기 증가는 SEMs, X 선 소스 및 전자빔 리소그래피 기계와 같은 전자빔 시스템에서 더 큰 최종 전자 스폿 크기 및 더 큰 빔 번짐을 야기한다. 일반적인 작동 온도(1650K~1900K(Kelvin))에서 LaB₆ 결정 물질은 100 시간당 수 마이크론의 속도로 증발하고, 캐소드의 유효 수명을 제한한다.

전자총의 캐소드는 전자총의 크로스오버 상에서의 결정 손실의 영향으로 짧은 수명을 가진다. 따라서, 본 발명자에 의해 인식된 바와 같이, 캐소드의 결정 손실에 대한 낮은 감도를 가진 전자총이 요구된다.

전술한 "배경기술" 설명은 일반적으로 본 개시의 컨텍스트를 제시하기 위함이다. 설명의 양태가 출원 당시 선행 기술로서 자격을 갖지 않을 것과 같이, 발명자의 발명은, 배경기술에서 기술되고 있는 범위에서, 본 발명에 대한 선행 기술로서 명시적으로 또는 묵시적으로 인정되지 않는다.

본 개시는 전자총에 관한 것이다. 전자총은 캐소드, 웨넬트 및 애노드를 포함한다. 캐소드는 전자빔을 제공하도록 구성된다. 웨넬트는 보어(bore)를 가진다. 보어는 전자빔을 통과하도록 구성된다. 애노드는 캐소드에 근접하여 배치된다. 웨넬트의 보어의 직경과 웨넬트와 캐소드 사이의 오프셋은 소정의 치수 관계를 만족시킨다. 소정의 치수 관계는 적어도 애노드의 보어의 직경 및 웨넬트와 애노드 사이의 거리의 함수이다.

본 개시는 또한 전자 방출 장치에 관한 것이다. 전자 방출 장치는 전자총을 포함한다. 전자총은 캐소드, 웨넬트 및 애노드를 포함한다. 캐소드는 전자빔을 제공하도록 구성된다. 웨넬트는 보어를 가진다. 보어는 전자빔을 통과하도록 구성된다. 애노드는 캐소드에 근접하여 배치된다. 웨넬트의 보어의 직경과 웨넬트와 캐소드 사이의 오프셋은 소정의 치수 관계를 만족시킨다. 소정의 치수 관계는 적어도 애노드의 보어의 직경 및 웨넬트와 애노드 사이의 거리의 함수이다.

본 개시는 또한 전자총의 제조 방법에 관한 것이다. 방법은 전자빔을 제공하도록 구성된 캐소드를 제공하는 단계, 전자빔을 통과시키도록 구성된 보어를 갖는 웨넬트를 제공하는 단계, 웨넬트를 캐소드에 근접하게 배치하는 단계, 및 애노드를 캐소드에 근접하게 배치하는 단계를 포함한다. 웨넬트의 보어의 직경과 웨넬트와 캐소드 사이의 오프셋은 소정의 치수 관계를 만족시킨다. 소정의 치수 관계는 적어도 애노드의 보어의 직경 및 웨넬트와 애노드 사이의 거리의 함수이다.

일 양태에서, 웨넬트의 보어의 직경은 1.4 mm 내지 2.5 mm 범위이다.

일 양태에서, 웨넬트과 캐소드 사이의 오프셋은 0.4 mm 내지 0.8 mm의 범위이다.

일 양태에서, 웨넬트의 애퍼처의 두께는 0.15 mm 내지 0.30 mm 범위이다.

일 양태에서, 상기 소정의 치수 관계는 아래와 같다:

여기서, D는 웨넬트의 보어의 직경, S는 웨넬트와 캐소드 사이의 오프셋, A는 0.6~1.2 범위의 제1 소정의 계수, Δ는 웨넬트의 애퍼처의 두께, B는 0.028 내지 0.068 범위의 제2 소정의 계수, G_a는 웨넬트와 애노드 사이의 거리이고; d_a는 애노드의 보어의 직경, σ는 11.5 내지 12.5의 범위 내의 제3 계수, 및

는 1.05 내지 1.115의 범위 내의 제4 계수이다.

전술한 문단들은 일반적인 소개 방법에 의해 제공되었으며, 청구 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 설명되는 실시예는 추가 이점과 함께, 첨부 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 참조하여 잘 이해하게 될 것이다.

본 개시의 보다 완전한 이해와 많은 부수적 이점들은 첨부 도면과 관련하여 고려될 때, 이하의 상세한 설명을 참조에 의해 잘 이해됨에 따라 쉽게 얻어질 것이다.
도 1은 일례에 따른 전자총의 개략도이다.
도 2a는 일례에 따른 캐소드의 측 단면도를 보여주는 개략도이다.
도 2b는 일례에 따른 마모된 캐소드의 측 단면도를 보여주는 개략도이다.
도 3a는 일례에 따른 캐소드의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내는 개략도이다.
도 3b는 일례에 따른 마모된 캐소드의 SEM 이미지를 나타내는 개략도이다.
도 4a는 일례에 따른 전자총의 전계 및 전자빔을 도시하는 개략도이다.
도 4b는 일례에 따른 전자총의 가속 공간의 확대도이다.
도 5는 일례에 따른 전자빔 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 6은 일례에 따른 가변형상빔(variable shape beam, VSB) 리소그래피 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 7은 일례에 따른 전자총의 크로스오버의 축방향 변위를 도시하는 개략도이다.

도면을 참조하면, 유사한 도면 부호는 여러 시야를 통틀어 동일하거나 대응하는 부분을 지정하며, 이하의 설명은 전자총, 장치 및 전자빔(e-빔) 리소그래피에 대한 관련 방법에 관한 것이다. 여기에서 설명된 고휘도 LaB₆ 캐소드를 포함하는 전자총은 안정적인 크로스오버 크기 및 축방향 위치를 갖는다.

도 1은 일례에 따른 전자총(100)의 개략도이다. 전자총(100)은 캐소드(102), 웨넬트(104) 및 애노드(106)를 포함한다. 캐소드(102)는 란타늄 헥사보라이드(LaB₆) 결정일 수 있다. 웨넬트(104)는 방출 축을 따라 캐소드(102)와 애노드(106) 사이에 배치된다. 애노드(106)는 접지된다. 전자총(100)은 전원에 연결된다. 전자총(100)은 웨넬트-캐소드 오프셋(S), 웨넬트 애퍼처 두께(Δ), 웨넬트 보어 직경(D), 웨넬트-애노드 거리(G_a) 및 애노드 보어 직경(d_a)을 갖는다. 웨넬트 애퍼처 두께(Δ)는 약 0.15 mm 내지 약 0.30 mm의 범위 내에 있다.

도 2a는 일례에 따른 캐소드(102)의 측 단면도를 도시하는 개략도이다. 캐소드(102)는 이미터(emitter)(200)를 포함한다. 캐소드(102)는 홀더(202)(즉, 서포터, 베이스, 이미터 홀더)에 유지된다. 홀더(202)는 이미터(200)를 공간에서 안정되게 유지한다. 캐소드(102)는 예를 들어, "긴 수명을 갖는 고휘도 열이온 캐소드 및 그 제조 방법"이라는 명칭의 미국 특허 제9,165,737 호에 개시된 것일 수 있으며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 인용된다.

일례에서, 이미터(200)의 상부는 원뿔형 표면(204) 및 상부의 상단부에 제공된 전자 방출면(206)을 갖는다. 캐소드 이미터 원뿔 각도는 약 20° 내지 약 90°, 예컨대 약 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65°, 70°, 75°, 80°, 85°또는 90도 내에 있을 수 있다.

일 구현예에서, 이미터(200)의 측벽은 더 높은 실용적인 휘도를 위해 비방출 물질로 코팅될 수 있다. 코팅은 예를 들어, 그래파이트, 콜로이드질 그래파이트(예: 애쿼대그(aquadag)), DLC(diamond-like carbon), 열분해탄소 등을 포함하나 이에 한정되지 않는 임의의 적합한 물질로 형성될 수 있다. 탄소 코팅의 선택은 캐소드 생산 비용, 배치 수행을 위해 이용가능한 설비 등을 포함하나 이에 한정되지 않는 여러 인자에 의해 좌우될 수 있다.

도 2b는 일례에 따른 마모된 캐소드(102)의 측 단면도를 도시하는 개략도이다. 작동 온도에서 LaB₆은 온도와 진공 압력에 따라 약 4 microns/100hours의 속도로 증발한다. 결정 본체 크기가 약 200 μm 내지 800 μm이기 때문에 증발은 본체의 모양을 크게 변경하지 않는다. 그러나, 더 작은 직경(예를 들어, 50㎛)을 갖는 팁(tip)은 손실에 의해 보다 영향을 받고, 이는 전술한 바와 같이 캐소드 광학 및 방출에 악영향을 미친다.

도 3a는 도 2a의 새로운 캐소드(0 작동 시간에서)의 SEM 이미지를 나타낸다. 도 3b는 수백 시간의 작동 후에 캐소드에 대한 손상을 도시한다. 보여지는 바와 같이, 원뿔의 방사 표면의 에지는 부분적으로 손상(예를 들어, 피치 및/또는 에칭)된 것으로 보인다. 방출 표면의 이러한 영역은 손상되어 여기에서 이하 설명되는 바와 같이 집중하는 방식으로 효율적 전자 방출을 이룰 수 없다.

도 4a는 일례에 따른 전자빔(400) 및 전계 분포(402)를 도시하는 개략도이다. 전자는 캐소드(102)가 가열될 때 캐소드(102)로부터 방출되고, 포지티브(즉, 캐소드(102)에 대한) 고전압이 애노드(106)에 인가되고(예를 들어, 수 킬로 볼트), 네거티브(즉, 캐소드(102)에 대한)가 웨넬트(104)에 인가된다(예를 들어, 수백 볼트). 캐소드(102)에 의해 방출된 전자는 웨넬트-애노드 가속 공간으로 흡인된다. 캐소드(102)로부터 방출된 전자빔(400)의 분포 및 캐소드(102) 부근의 전계 분포(402)가 도 4a 및 도 4b에 도시된다. 웨넬트-애노드 가속 공간의 확대도는 도 4b에 도시된다. 액침 대물 렌즈(immersion objective)로 알려진 캐소드 렌즈는 도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이 크로스오버(Xo)를 형성한다.

크로스오버(Xo)의 위치 및 크기는 캐소드 온도, 방출 전류, 및 애노드(106) 와 웨넬트(104)에 인가된 전압(구체적으로 웨넬트(104)에 인가된 전압)의 함수이다.

캐소드(102)로부터 방출된 전자는 가속 전압에 의해 가속되어 애노드(106)를 향해 진행하는 전자빔(400)이된다. 이후, 전자빔(400)은 애노드(106) 내 개구(즉, 보어)를 통과한다. 이후, 전자총(100)으로부터 전자빔(400)이 방출된다.

SEM, X 선 장비 및 가우스 전자빔 리소그래피 시스템과 같은 전자빔 기기에서, 크로스오버(Xo)는 렌즈 시스템(예를 들어, 정전식 및/또는 자기 렌즈)을 사용하여 타겟 상으로 이미징된다. 기기 해상도는 렌즈 시스템에 의해 정의된다.

도 5는 일례에 따른 전자빔 시스템(508)을 도시하는 개략도이다. 크로스오버(500)는 렌즈 시스템(502)을 사용하여 타겟(506) 상으로 이미징된다. 크로스오버(500)의 이미지는 크로스오버 이미지(504)다.

도 6은 일례에 따른 가변형상빔(VSB) 리소그래피 시스템(600)을 도시하는 개략도이다. VSB 리소그래피 시스템(600)에서, 크로스오버(602)의 크로스오버 이미지(604)는 렌즈 시스템(606)(예를 들어, 정전식 및/또는 자기 렌즈)을 사용하여 대물 렌즈(608)(예를 들어, 렌즈 시스템)의 후초점면(back focal plane)에 형성된다. VSB 시스템에서 크로스오버(Xo)의 크기는 수렴 각을 정의한다. 수렴 각은 타겟(610)에서 빔 번짐을 정의한다.

LaB₆ 결정 손실이 시간에 따라 축적되면서, 결정의 크기는 감소하고, 방출 표면은 전술한 바와 같이 주변 물질로 싱크된다. 이러한 치수 변화는 열이온 방출 전류를 떨어지게 하는 캐소드 전기장 변화를 야기한다.

열이온 방출 전류는 전자 회로에 의해 안정화될 수있다. 바이아스 전압이라고도 불리는 웨넬트 전압은 원하는 방출 수준을 유지하기 위해 감소된다. 웨넬트 전압이 낮을수록 액침 대물 렌즈가 약화되고, 이는 크로스오버(Xo)의 크기가 증가하는 결과를 낳는다. 또한, 크로스오버(Xo)는 애노드(106)에 더 가깝게 이동(shift)한다. 크로스오버 이동(crossover shift)는 또한 크로스오버 축방향 변위로 지칭된다.

도 7은 일례에 따른 전자빔 시스템(508)에서 크로스오버(Xo)의 크기 및 위치의 변화를 도시하는 개략도이다. 크로스오버(Xo)는 애노드(106)를 향해(도 7에서 위치 A로부터 위치 B로) 이동한다. 또한, 크로스오버(Xo)의 직경이 증가한다.

렌즈(또는 렌즈들) 광학 배율은 다음과 같이 정의될 수 있다:

(1)

여기서, "b"는 렌즈 시스템(502)과 타겟(506) 사이의 거리이고, "a"는 크로스오버(Xo) 위치와 렌즈 시스템(502) 사이의 거리이다. 크로스오버(Xo) 위치가 애노드(106)를 향해 이동할 때(즉, 거리 "a"가 감소할 때), 렌즈 광학 배율(M)은 증가한다. 렌즈 광학 배율의 증가는 크로스오버 화상의 크기(예를 들어, 도 7의 화상(X1)의 크기)를 급격히 증가시킨다. X1이 커지는 것은 전자빔 기기의 해상도의 손실을 의미한다. 마찬가지로, X1이 커지는 것은 VSB 공구에서 빔 번짐을 커지게 한다. 렌즈 광학 배율이 임계 값을 초과하면, 캐소드(102)는 교체되어야 한다.

본 명세서에 기재된 전자총 및 관련 방법론은 안정된 크로스오버를 갖는다. 크로스오버(Xo) 크기는 결정 손실의 영향을 덜 받는다. 또한, 크로스오버 축방향 변위가 감소된다. 따라서 캐소드의 작동 수명이 연장된다. 또한 가우스 공구/전자빔 공구에서 해상도가 향상되고 VSB 공구에서 빔 번짐이 준다.

전자총(100)의 웨넬트-캐소드 오프셋(S)과 웨넬트 보어(D)는 소정의 기준을 만족시킨다. 첫째, 웨넬트 보어(D)는 제1 소정 범위로부터 선택된다. 예를 들어, 웨넬트 보어(D)는 약 1.4 mm 내지 2.5 mm의 범위에서 선택될 수있다. 둘째, 웨넬트-캐소드 오프셋(S)은 제2 소정 범위로부터 선택된다. 예를 들어, 제2 소정 범위는 약 0.4 mm 내지 약 0.8 mm 일 수있다. 또한, 웨넬트 보어(D)와 웨넬트-캐소드 오프셋(S)은 소정의 치수 관계를 만족시킨다.

웨넬트 보어(D) 및 웨넬트-캐소드 오프셋(S)은 웨넬트-애노드 거리(G_a)와 애노드 보어의 직경(d_a)의 함수이다.

일 실시예에서, 소정의 치수 관계는 다음과 같이 주어진다:

(2)

여기서

=1.05....1.115, σ= 11.5...12.5, Δ= 0.15 내지 0.30 mm, A는 제1 소정 계수, B는 제2 소정 계수이다.

일 실시예에서, 제1 소정 계수는 약 0.6 내지 약 1.2 범위, 약 0.7 내지 약 1.1 범위, 또는 약 0.8 내지 약 1 범위, 예를 들어 약 0.7, 0.75, 0.8, 0.85, 0.9, 0.95, 1, 1.05 또는 1이다.

일 실시예에서, 제2 소정 계수는 약 0.028 내지 약 0.068 범위, 또는 약 0.038 내지 약 0.058 범위, 예를 들어, 0.038, 0.040, 0.042, 0.044, 0.046, 0.048, 0.050, 0.052, 0.054, 0.056 또는 0.058이다.

일 실시예에서, 제1 소정 계수는 0.9에서 10% 내외이고 제2 소정 계수는 0.048에서 10% 내외이다.

일 실시예에서, 제1 소정 계수는 0.9이고 제2 소정 계수는 0.048이다.

본 명세서는 또한 본 명세서에 설명된 전자총을 제조하는 방법을 제공한다.

상기 방법은 전자빔을 제공하도록 구성된 캐소드를 제공하는 단계, 전자빔을 통과시키도록 구성된 보어를 갖는 웨넬트를 제공하는 단계, 웨넬트와 캐소드 사이의 오프셋을 식별하는 단계(예를 들어, 식(2)를 적용하여), 식별된 오프셋에서 캐소드에 근접하게 웨넬트를 배치하는 단계, 및 캐소드에 근접하게 애노드를 배치하는 단계를 포함한다. 웨넬트의 보어의 직경과 웨넬트와 캐소드 사이의 오프셋은 소정의 치수 관계를 만족시킨다. 소정의 치수 관계는 적어도 애노드의 보어의 직경 및 웨넬트와 애노드 사이의 거리의 함수이다.

본 명세서에 기술된 웨넬트 보어(D) 및 웨넬트-캐소드를 선택하는 방법은 보다 강력한 액침 대물 렌즈를 생성함으로써 크로스오버(Xo)의 크기 증가 및 축 방향 변위를 크게 제한한다. 보다 강한 액침 대물 렌즈는 결정 손실(예를 들어, LaB₆ 손실) 및 주변 물질로의 결정 방출면의 싱크를 감소시키는 것과 같은 관련된 기하학적 변화에 덜 민감하다.

예시

본 명세서에 설명된 전자총의 성능을 설명하기 위해, 예시적인 결과가 제시된다.

3개의 전자총이 제조되었다. 제1 전자총은 통상적인 설계(본 명세서에서는 제1 디자인이라 함)을 갖는다. 두 개의 전자총은 본 명세서에 설명된 방법론을 사용하여 설계되었다. 다시 말하면, 웨넬트-애노드 거리(G_a) 및 애노드 보어의 직경(d_a)은 본원에 기술된 기준을 만족시킨다. 크로스오버 직경과 축 방향 변위에 대해 전자총들을 비교했다.

표 1은 3개의 전자총에 대한 전자총 크로스오버(Xo), 직경(D) 및 사용 수명 동안의 축 방향 위치 이동을 도시한다. 3개의 예시적인 전자총 모두에 직경 55 ㎛의 캐소드가 사용된다. 캐소드는 직경이 45 μm에 도달하고 캐소드가 10 μm 싱크되면 마모된 것으로 간주된다.

표 1은 실험 결과가 본 명세서에 설명된 수학적 모델과 일치됨을 보여준다. 제1 디자인(종래의 디자인)을 갖는 전자총에 대해, 크로스오버 크기는 25.6 ㎛에서 29.3 ㎛로 증가했다. 크로스오버(Xo)의 위치가 27.9 mm(신규 캐소드)에서 48.6 mm(마모된 캐소드)로 변경되었다. 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 크로스오버의 크기 및 위치의 변화는 시스템에서의 크로스오버 이미지의 직경을 증가시킨다. 이러한 증가는 캐소드를 사용할 수 없게 만든다. 여기에서 전술된 전자총(제2 디자인 및 제3 디자인)에서 크로스오버의 크기는 종래의 디자인에 비해 훨씬 적게 증가한다. 또한, 축방향 변위가 감소된다. 본 명세서에 설명된 전자총의 축방향 변위는 5.6 mm 미만이다. 대조적으로, 종래의 디자인을 갖는 전자총은 20 mm의 축 방향 변위를 갖는다.

본 발명의 특징은 전자총의 분야에서 다수의 개선점을 제공한다. 특히, 본 명세서에 설명된 전자총은 전자빔 장치의 해상도를 향상시키고 VSB 공구의 빔 번짐를 줄이면서 캐소드 작동 수명을 연장한다.

명백하게, 전술한 교시에 비추어 수많은 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 첨부된 청구 범위의 범위 내에서, 본 발명은 본원에 구체적으로 기재된 것과 다르게 실시될 수 있음이 이해되어야 한다.

따라서, 전술한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 실시예를 개시하고 설명한다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 그 사상 또는 본질적인 특성을 벗어나지 않고 다른 특정 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 개시 내용은 본 발명의 범위 및 다른 청구 범위의 예시적인 것으로 의도되고, 이를 제한하려는 것은 아니다. 본 명세서의 교시의 임의의 이미 인식가능한 변형을 포함하는 본 개시는 전술한 청구항 전문 용어의 범위를 부분적으로 정의하여, 발명 대상이 아닌 것은 공중에게 헌정된다.

Claims

전자총으로서,
전자빔을 제공하도록 구성된 캐소드;
상기 전자빔을 통과시키도록 구성된 보어를 갖는 웨넬트(Wehnelt); 및
상기 웨넬트에 근접하여 배치된 보어를 가지는 애노드를 포함하고,
상기 웨넬트는 상기 캐소드로부터 오프셋을 가지고,
상기 웨넬트의 보어의 직경과 상기 웨넬트와 상기 캐소드 사이의 오프셋은 소정의 치수 관계를 만족하고, 상기 소정의 치수 관계는 적어도 상기 애노드의 보어의 직경 및 상기 웨넬트와 상기 애노드 사이의 거리의 함수이고,
상기 웨넬트의 상기 보어의 상기 직경을 상기 오프셋으로 나눈 제1 함수는 상기 애노드의 상기 보어의 상기 직경 및 상기 웨넬트와 상기 애노드 사이의 상기 거리의 합의 제2 함수 보다 큰 것이며,
상기 오프셋은 상기 캐소드의 정면과 상기 웨넬트의 정면 사이이며, 상기 웨넬트는 상기 애노드의 후면을 마주하는 것인, 전자총.
제1항에 있어서,
상기 웨넬트의 상기 보어의 상기 직경은 1.4 mm 내지 2.5 mm 범위 내인, 전자총.
제1항에 있어서,
상기 웨넬트와 상기 캐소드 사이의 상기 오프셋은 0.4 mm 내지 0.8 mm의 범위 내인, 전자총.
제1항에 있어서,
상기 웨넬트의 애퍼처의 두께는 0.15 mm 내지 0.30 mm 범위 내인, 전자총.
제1항에 있어서,
상기 소정의 치수 관계는

이고, 여기서, D는 상기 웨넬트의 상기 보어의 상기 직경이고, S는 상기 웨넬트와 상기 캐소드 사이의 상기 오프셋이고, A는 0.6 내지 1.2 범위의 제1 소정의 계수이고, Δ는 상기 웨넬트의 애퍼처의 두께이고, B는 0.028 내지 0.068 범위의 제2 소정의 계수이고, G_a는 웨넬트와 애노드 사이의 거리이고, d_a는 상기 애노드의 상기 보어의 직경, σ는 11.5 내지 12.5의 범위 내의 제3 계수이며,
는 1.05 내지 1.115의 범위 내의 제4 계수인, 전자총.
제5항에 있어서,
상기 제1 소정의 계수는 0.9이고 상기 제2 소정의 계수는 0.048인, 전자총.
제1항에 있어서,
상기 캐소드는 란타늄 헥사보라이드(LaB₆) 결정 이미터를 포함하는, 전자총.
제7항에 있어서,
상기 헥사보라이드(LaB₆) 결정 이미터는 (100)의 결정학적 배향을 가지는, 전자총.
제7항에 있어서,
상기 캐소드는 상기 란타늄 헥사보라이드(LaB₆) 결정 이미터의 측면의 외표면 상에 비방출성 코팅을 더 포함하는, 전자총.
전자 방출 장치로서,
전자빔을 제공하도록 구성된 캐소드, 상기 전자빔을 통과시키도록 구성된 보어를 갖는 웨넬트, 및 상기 웨넬트에 근접하여 배치된 보어를 가지는 애노드를 포함하는 전자총을 포함하고, 상기 웨넬트는 상기 캐소드로부터 오프셋을 가지고,
상기 웨넬트의 보어의 직경과 상기 웨넬트와 상기 캐소드 사이의 오프셋은 소정의 치수 관계를 만족하고, 상기 소정의 치수 관계는 적어도 상기 애노드의 보어의 직경 및 상기 웨넬트와 상기 애노드 사이의 거리의 함수이고,
상기 웨넬트의 상기 보어의 상기 직경을 상기 오프셋으로 나눈 제1 함수는 상기 애노드의 상기 보어의 상기 직경 및 상기 웨넬트와 상기 애노드 사이의 상기 거리의 합의 제2 함수 보다 큰 것이며,
상기 오프셋은 상기 캐소드의 정면과 상기 웨넬트의 정면 사이이며, 상기 웨넬트는 상기 애노드의 후면을 마주하는 것인, 전자 방출 장치.
제10항에 있어서,
상기 웨넬트의 상기 보어의 상기 직경은 1.4 mm 내지 2.5 mm 범위 내인, 전자 방출 장치.
제10항에 있어서,
상기 웨넬트와 상기 캐소드 사이의 상기 오프셋은 0.4 mm 내지 0.8 mm의 범위 내인, 전자 방출 장치.
제10항에 있어서,
상기 웨넬트의 애퍼처의 두께는 0.15 mm 내지 0.30 mm 범위 내인, 전자 방출 장치.
제10항에 있어서,
상기 소정의 치수 관계는:

이고, 여기서, D는 상기 웨넬트의 상기 보어의 상기 직경이고, S는 상기 웨넬트와 상기 캐소드 사이의 상기 오프셋이고, A는 0.6 내지 1.2 범위의 제1 소정의 계수이고, Δ는 상기 웨넬트의 애퍼처의 두께이고, B는 0.028 내지 0.068 범위의 제2 소정의 계수이고, G_a는 웨넬트와 애노드 사이의 거리이고, d_a는 상기 애노드의 상기 보어의 직경, σ는 11.5 내지 12.5의 범위 내의 제3 계수이며,
는 1.05 내지 1.115의 범위 내의 제4 계수인, 전자 방출 장치.
제14항에 있어서,
상기 제1 소정의 계수는 0.9이고 상기 제2 소정의 계수는 0.048인, 전자 방출 장치.
전자총을 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
전자빔을 제공하도록 구성된 캐소드를 제공하는 단계;
상기 전자빔을 통과시키도록 구성된 보어를 갖는 웨넬트를 배치하는 단계; 및
상기 웨넬트에 근접하여 배치된 보어를 가지는 애노드를 배치하는 단계를 포함하고,
상기 웨넬트는 상기 캐소드로부터 오프셋을 가지고,
상기 웨넬트의 보어의 직경과 상기 웨넬트와 상기 캐소드 사이의 오프셋은 소정의 치수 관계를 만족하고, 상기 소정의 치수 관계는 적어도 상기 애노드의 보어의 직경 및 상기 웨넬트와 상기 애노드 사이의 거리의 함수이고,
상기 웨넬트의 상기 보어의 상기 직경을 상기 오프셋으로 나눈 제1 함수는 상기 애노드의 상기 보어의 상기 직경 및 상기 웨넬트와 상기 애노드 사이의 상기 거리의 합의 제2 함수 보다 큰 것이며,
상기 오프셋은 상기 캐소드의 정면과 상기 웨넬트의 정면 사이이며, 상기 웨넬트는 상기 상기 애노드의 후면을 마주하는 것인, 전자총을 제조하기 위한 방법.