KR20140044310A - 전자총 및 전자빔 장치 - Google Patents

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Abstract

전자총 음극(104)은, 기둥 형상이고, 가열됨으로써 전자를 방출한다. 이 전자총 음극의 바닥면 및 측면을 덮고, 전자총 음극을 유지하는 전기 전도성을 가짐과 함께, 가열된 상태에서 상기 전자총 음극과 반응하기 어려운 재료로 구성된 유지구(103)를 설치한다. 전자총 음극(104)은, 선단부가 노출되어 유지구(103)로부터 돌출하고 있고, 선단부에 전계를 인가함으로써 상기 선단부로부터 전자를 전방을 향해 방출한다.

Description

전자총 및 전자빔 장치{ELECTRON GUN AND ELECTRON BEAM DEVICE}
본 발명은 전자를 방출하는 전자총에 관한 것이다. 또, 본 발명은 전자총을 이용한, 전자빔 노광 장치, 전자 현미경 등의 전자빔 검사 장치를 포함하는 전자빔 장치에 관한 것이다.
반도체(LSI) 제조 공정의 회로 패턴을 노광하는 리소그래피 분야에 있어서, 전자빔 노광 기술이 이용되어 있다. 즉, 반도체 리소그래피 기술에서는, 통상 원(元) 도면이 되는 마스크를 전자빔 노광 장치로 작성하고, 그 마스크 화상을 광에 의해서 반도체 기판(웨이퍼)에 전사하는 사진 제판 기술(광 리소그래피)이 주로 사용되어져 왔다.
전자빔 노광 방식은, 가늘게 압축한 전자빔에 의한 일필 쓰기라고 불리는 방식으로 시작되어, 가변 직사각형 방식이나, 캐릭터 프로젝션(CP)이라고 불리는, 미소 마스크에 의한 수 평방 미크론을 일괄 노광하는 방식 등, 노광 방식을 발전시켜 왔다.
여기서, 이와 같은 전자빔 노광 장치에 있어서는, 전자빔을 발생하는 전자총이 중요하다. 예를 들면, 비특허문헌 1에는, 포겔 마운트 타입이라고 불리는 전자총 음극의 유지 방법과 가열 방법이 사용되어 있다. 이 전자총은 전자 발생원이 되는 전자총 음극을 발열체가 되는 PG(파이로리틱(pyrolytic)) 그라파이트로 양측으로부터 끼우고, 또한 양측으로부터 금속의 스프링으로 꽉 눌러서 유지하는 구조를 하고 있다. PG 그라파이트에 흐르게 하는 전류로 PG 그라파이트의 발열 상태를 제어하여, 열전자 방출 조건을 얻는 것이다. 이 종래의 전자총에 대해, 도 13에 의거하여 설명한다.
이 전자총 음극에서는, 도전성이 있고 또 전자를 발생하는 일함수가 2.6eV 부근에 존재하는 LaB6 또는 CeB6의 단결정 칩(801)을, C축 방향에 수직한 면으로 절단한 2개의 파이로리틱 그라파이트(802a, 802b)로 끼운 것으로 되어 있다. 이것을 금속의 지지체(803a, 803b)로 누르고, 스프링을 구성하는 부품(804a, 804b)으로 적당한 압력으로 꽉 누르고 있다. 스프링의 힘은 지지체(805a, 805b)로부터의 조임용의 나사(806a, 806b)를 회전시켜 돌출량을 바꿈으로써 조절한다. 지지체(805a, 805b)의 단부(端部)는 알루미나 세라믹 원판(807)에 고정되어 805a와 805b는 서로 전기적으로 절연되어 있다. 지지체(805a, 805b)의 다리부는 전기 도입 단자(808a, 808b)에 전기적으로 접촉하고 있고, 수 암페어의 전류를 흐르게 함으로써, 파이로리틱 그라파이트(802a, 802b)를 가열하며, LaB6 또는 CeB6의 단결정 칩(801)을 1500℃ 부근의 고온으로 유지하여 열 전자총 음극 또는 열전계 방사 음극으로서 동작시킨다.
이상에서 설명한 포겔 마운트 타입의 전자총 음극에서는, LaB6 또는 CeB6의 단결정 칩을 양측으로부터 2개의 파이로리틱 그라파이트를 스프링으로 고정하기 때문에 전자총 음극 구조가 복잡하고 전자의 중심축 맞춤이 비교적 어렵다는 결점이 있었다. 또 전류 가열을 행하기 위해, 수십 개 이상의 복수 개의 멀티 칼럼용의 고압 전원을 제작하는 경우에는 수십 ㎸(예를 들면 대략 -50㎸)의 고압 전원 상 합계로 수십 암페어로부터 수백 암페어라는 대전류를 발생하는 회로를 탑재하기 때문에 고압 전원의 용량이 대형화되어 버린다는 결점이 있었다. 또, 개별의 전자총에 수 암페어의 전류를 송전하기 위해서는 예를 들면 수 ㎜ 이상의 직경의 전선이 필요하고, 고압 절연까지 고려하면 고무 등의 절연 재료로 피복하여 적어도 직경 대략 10㎜ 이상의 굵기가 필요하며, 전류 가열 때문에 2배가 되고, 수십 개 이상이 필요해져서, 대략 십 수 ㎝ 이상의 굵기의 단면적의 전원 케이블이 되고, 방진대(防振臺) 상에 탑재된 멀티 칼럼에 전원 케이블로부터 기계적 진동이 전달되어 1㎚ 이하의 정밀도로 패턴을 묘화할 수 없었다.
또, 특허문헌 1과 특허문헌 2에는, 전자총 음극 재료의 선단(先端) 부분의 표면측 또는 이면측으로부터 비접촉으로 레이저 광을 조사하고, 효율적으로 가열하여 많은 전자빔을 취출하는 기술을 개시한다.
일본 공개특허 특개평8-212952호 공보 일본 공개특허 특개평6-181029호 공보
「전자·이온 빔 핸드북 제 3 판」 일본 학술 진흥회 제 132 위원회편(編) 닛칸 공업 신문사 1998년 10월 28일 P119
여기서, 전자총 음극 재료로서는, LaB6(LaB6)이나, CeB6(CeB6) 등의 6붕소화 란타노이드 화합물이 이용되는 경우가 많고, 특히 LaB6의 선단이 뾰족한 열 전자총으로 1800K 이상의 고온에서 사용하는 것이 일반적이다. 또, 전계에 의해 전자를 인출하는 전계 방사 전자총에서는, 전자총 음극(예를 들면, LaB6)이 수 평방 밀리미터의 큰 표면적을 가지고, 또한 전체적으로 드러내어 이용된다.
이 경우, 선단부 측면을 포함하여 전체로부터 나오는 전자가 많고, 또 사용 온도도 1800K 이상으로 높기 때문에, 재료의 승화도 크다. 따라서, 양극·인출 전극의 표면에 승화 부착물인 위스커(whisker)가 생기고, 이것에 의해서 방전이 일어나면 그 이상 사용할 수 없게 된다. 또, 전자총 재료의 체적이 적어져서, 선단면은 낮아짐과 함께, 측면도 얇고 가늘어진다. 이와 같이, 선단부의 형상이 변화됨으로써, 소기의 전자의 인출할 수 없게 된다. 또한, 1800K의 고온에서 장기간으로 사용하면, 예를 들면 LaB6이면 그 결정 중으로부터 붕소(B) 원자나 란탄(La) 란탄 원자가 빠져나가, 결정이 깨지기 쉬워짐과 함께, 밀도가 적어져서, 크랙이 생기거나 하여, 결정이 틈이 많은 상태로 조밀하지 않게 된다. 이 결과, 일함수가 높아지기 때문에 더욱 온도를 높이지 않으면 휘도가 높은 상태(충분한 전자를 인출하는 상태)를 유지할 수 없게 된다. 그래서, 온도를 높이면, 전자총 음극 재료의 승화나 증발이 점점 심하게 되어 버린다.
또한, 강(强)전계를 인가하여 전자총의 선단부의 전계를 강하게 하여, 전계 방사형 전자총으로서 이용하면, 강전계를 인가한 만큼 낮은 온도를 이용할 수도 있고, 이것에 의해서, 전자총 음극 재료의 온도를 1700K 이하 1650K, 1600K 등과 비교적 낮게 할 수 있어, 재료의 승화 등을 저감할 수 있다. 그러나, 이 경우도 장시간의 사용에 의해서, 양극·인출 전극의 표면에 승화 부착물인 위스커가 생기거나, 음극 재료의 형상이 변화된다. 그래서, 음극 재료의 승화나 증발을 더욱 감소하는 것이 요구된다.
본 발명에 관련된 전자총은, 가열됨으로써 전자를 방출하는 기둥 형의 전자총 음극과, 선단의 전자총 유지부에 있어서 상기 전자총 음극의 바닥면 및 측면을 덮고 전자총 음극을 유지함과 함께, 전기 전도성을 가지며, 가열된 상태에서 상기 전자총 음극과 반응하기 어려운 재료로 구성되고, 상기 전자총 음극 유지부를 향해 전체가 끝이 가늘어져 돌출하는 형상을 가지는 유지구를 포함하고, 상기 전자총 음극은, 선단부가 노출되어 상기 유지구로부터 돌출하고 있고, 상기 선단부에 전계를 인가함으로써 상기 선단부로부터 전자를 전방을 향해 방출하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 전자총 음극은, 그 선단에 평탄면을 가지고, 이 평탄면으로부터 전자를 방출하는 것이 적합하다.
또, 상기 전자총 음극의 선단부는, 끝이 가늘어지는 형상으로 되어 있는 것이 적합하다.
또, 상기 전자총 음극은, LaB6 또는 CeB6을 포함하는 6붕소화 란타노이드 화합물 중으로부터 1종류를 선택한 재료로 이루어지는 것이 적합하다.
또, 상기 유지구는, 레늄으로 구성되는 것이 적합하다.
또, 상기 유지구는, 선단부에 상기 전자총 음극을 유지하는 오목부를 가지는 것이 적합하다.
또, 상기 유지구는, 선단측으로부터 중간부까지 상기 오목부를 통과하는 갈라진 틈을 가지고 있고, 유지구의 탄성력에 의해서, 상기 전자총 음극을 협지하는 것이 적합하다.
또, 상기 유지구의 상기 전자총 음극을 유지하는 선단측과 반대인 기부(基部)측에서 광도파로(光導波路)와 결합되고, 상기 전자총 음극은, 상기 광도파로를 개재하여 공급되는 광에 의해서 상기 유지구를 통해 가열되는 것이 적합하다.
또, 상기 유지구는, 선단측으로부터 중간부까지 이르는 갈라진 틈을 가지고, 유지구의 탄성력에 의해서, 상기 전자총 음극을 협지함과 함께, 기부측으로부터 중간부에 이르는 갈라진 틈을 가지고, 유지구의 탄성력에 의해서, 상기 광도파로를 협지하며, 상기 전자총 음극을 협지하는 갈라진 틈과, 상기 광도파로를 협지하는 갈라진 틈이, 상기 유지구의 축 방향에 있어서 공간적으로 직교하고 있는 것이 적합하다.
또, 본 발명에 관련된 전자빔 장치는, 전자총과, 전자총으로부터 전자를 인출함과 함께 방향 설정을 하는 빔(beam) 제어부와, 이 빔 제어부로부터의 전자가 조사되는 타깃을 유지하는 타깃 유지부를 가지는 전자빔 장치로서, 상기 전자총은, 가열됨으로써 전자를 방출하는 기둥 형의 전자총 음극과, 이 전자총 음극의 바닥면 및 측면을 덮고 전자총 음극을 유지함과 함께, 전기 전도성을 가지며, 가열된 상태에서 상기 전자총 음극과 반응하기 어려운 재료로 구성된 유지구를 포함하고, 상기 전자총 음극은, 선단부가 노출되어 상기 유지구로부터 돌출하고 있고, 상기 선단부에 전계를 인가함으로써 상기 선단부로부터 전자를 전방을 향해 방출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전자빔 장치에는, 전자빔 노광 장치나, 전자 현미경 등의 전자빔 검사 장치가 포함된다.
본 발명에 의하면, 유지구에 의해서 전자총 음극의 바닥면 및 측면을 덮고, 전자총 음극의 선단부가 돌출하는 구성으로 하고 있다. 따라서, 전자총 음극의 측면으로부터의 전자, 전자총 음극 물질의 방출을 적게 하여, 전자총의 장수명화를 도모할 수 있다.
도 1은 실시형태에 관련된 전자총의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 유지구 및 전자총 음극의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 유지구 및 전자총 음극의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 전자총 음극의 제작을 설명하는 도면이다.
도 5는 전자총 음극의 제작을 설명하는 도면이다.
도 6은 유지구 및 전자총 음극의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 전자총 음극의 소모 상태를 설명하는 도면이다.
도 8은 유지구 및 전자총 음극의 다른 구성예를 나타내는 도면이다.
도 9는 유지구 및 전자총 음극의 다른 구성예를 나타내는 도면이다.
도 10은 전자빔 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 단일의 칼럼을 나타내는 도면이다.
도 12는 전자총으로의 전압 공급 제어의 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 종래의 포겔 마운트형 전자총의 도면이다.
도 14는 전자총 음극의 주위의 전계의 상태를 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면에 의거하여 설명한다.
「전자총의 구성」
도 1은, 실시형태에 관련된 전자총(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 전자총(100)은, 광가열 방식을 채용하고 있다.
도 1에 있어서, 광은, 에너지 밀도가 높은 광으로서, 사파이어 등으로 구성된 원통 형상의 광도파로(102)의 일단(一端)부(도면에 있어서의 하방의 광입사단(端))로부터 입사하여, 광도파로(102)의 반대측의 단부(선단부)에 설치된 유지구(103)에 입사한다. 이 예에 있어서, 유지구(103)는, 기부측의 원통 부분의 선단측의 원뿔 부분으로 이루어져 있고, 전체적으로 레늄으로 구성되어 있다. 유지구(103)의 기부측에 원통 형상의 오목부가 형성되고, 여기에 광도파로(102)의 선단부가 수용되어 있다.
유지구(103)의 원뿔 부분은 그 선단부가 잘라내어진 원추대 형상으로 되어 있고, 그 선단면에는, 내방을 향해 오목부가 형성됨과 함께, 이 오목부를 통과하여 더욱 기부측을 향해 신장된 갈라진 틈이 형성되어 있다. 그리고, 오목부에는, 선단측으로부터 전자총 음극(104)이 갈라진 틈을 넓히도록 하여 삽입되고, 이 전자총 음극(104)이 유지구(103)의 탄력에 의해서 협지되어 있다.
광은, 예를 들면 광 파이버 등에 의해서 광원으로부터 광도파로(102)에 도입되고, 유지구(103)에 입사하여 흡수되며, 유지구(103)를 통해, 전자총 음극(104)이 고온으로 가열된다. 따라서, 광 강도를 조절함으로써, 전자총 음극(104)으로부터 전자를 진공 중에 사출하는 조건을 얻을 수 있다.
여기서, 광은, 예를 들면 반도체 레이저로부터 사출되는 광이다. 광의 파장은 가시광이 광축 맞춤에는 적합하지만, 자외선으로부터 적외선을 사용하는 것도 가능하다.
광도파로(102)는, 광의 전반로(傳搬路)이고, 입사 단부로부터 입사된 광을 측면에서 전체 반사되게 하여, 전방에 유도함으로써, 유지구(103)에 산일하지 않고 전파한다. 또, 광도파로(102)는, 유지구(103)와 전자총 음극(104)을 기계적으로 지지하는 지지체이기도 하고, 전자총 음극(104)이 전자 방사 조건을 얻는 고온(대략 1500℃)를 견디는 내열성을 가지는 것이 필요하다. 또한, 광도파로(102)는, 전자총 음극(104)으로의 전자 공급로의 기능을 가지고 있다. 이 전자 공급로로서의 기능은, 유지구(103)를 개재하여 전자총 음극(104)으로부터 진공 중에 방출하는 전자를 공급하기 위해 필요한 기능이다.
이와 같은 광도파로(102)에 적합한 재료로서는, 광을 투과하게 하여, 높은 융점을 가지는 사파이어, 루비, 다이아몬드, 석영 유리가 있다. 여기서, 이들 재료는 높은 절연성을 가지고 있으므로, 전자총 음극(104)으로부터의 방사 전자를 공급하는 전자 공급로로 하기 위해 도전성을 부가한다. 이 예에서는, 광도파로(102)의 표면에 레늄 박막을 증착 또는 스퍼터(sputter)법에 의해 두께는 수백 ㎚ 정도의 금속막(101)을 부착시키고 있다. 또, 광도파로(102)의 표면층에 이온 주입 기술을 이용하여, 브롬, 질소, 산소, 불소, 알루미늄, 인, 황산, 염소, 갈륨, 비소 중으로부터 선택된 1종류의 이온을 주입하고, 이것에 의해서 도전성을 부여해도 된다.
또, 광도파로(102) 자체가 절연물이더라도, 다른 도선(導線)에서 전자총 음극(104)으로 전자를 공급해도 된다. 이 경우, 전자총 음극(104)에는 전자 공급 단자를 설치하고, 여기에 전선으로 전자총 전원을 접속하여, 전자총 음극(104)으로부터 방사하는 전자를 전자총 전원으로부터 공급한다.
또한, 광의 투명성과 내열성, 가공성에 의해, 사파이어가 가장 적합하고, 본 실시형태에서는, 광도파로(102)로서, 사파이어, 루비, 다이아몬드, 석영 유리의 재료 중으로부터 사파이어를 선택했다.
광도파로(102)의 형상은, 광의 광원으로부터 광도파로(102)까지 전반하는 광 파이버로부터 입사가 용이한 직경을 가진 원기둥 형상이 바람직하다. 또한, 선단으로 갈수록 가늘어지는 테이퍼가 붙은 원뿔 형상이어도 된다. 또한, 재질과 형상을 바꾸어, 금속의 중공의 통의 내면에서 광을 반사시켜, 선단부로 광을 전파하는 구조체이더라도 된다.
유지구(103)는, 광이 입사·흡수되는 발열체이고, 전자총 음극(104)을 지지하는 구조체이기도 하다. 전자총으로서의 동작 온도(대략 1500℃)에서, 전자총 음극 재료인 LaB6 또는 CeB6 등과 화학 반응하지 않는 방호 기능이 얻어지는 물질로 이루어지는 것이 필요하고, 레늄, 탄탈, 탄소 등이 사용 가능하다. 그러나, 전자총 음극 재료와의 고온에서의 반응이 가장 적은 것은 레늄이고, 레늄이 가장 적합하다. 그래서, 본 실시형태에서는, 유지구(103)에 레늄을 이용한다.
상기 화학 반응 방호 기능이 필요한 이유는, LaB6이나 CeB6 등의 전자총 음극 재료는, 전자총으로서의 동작 온도에서 레늄, 탄탈, 그라파이트(탄소) 등 일부의 물질을 제외한 많은 물질과 용이하게 화학 반응하여 변질되어, 전자총 특성을 잃어버리는 것을 방지할 필요성에 따른다.
여기서, LaB6, CeB6과 화학 반응하지 않는 것으로서, 상술과 같이 탄소, 탄탈이 있다. 탄소는 실제로 실험을 행했지만, 1700K 부근에서는 너덜너덜해져서 벗겨져서 떨어져 나가므로, 실제적으로 사용은 곤란하다고 생각된다. 또, 탄탈은 비교적 반응하지 않는다고 알려져 있지만, 그래도 LaB6과 반응하여, TaB2가 생성되고, La가 빠져나가 버린다. 이 때문에, 본 실시형태와 같은 작은 결정의 전자총 음극(104)에서는, 비교적 짧은 시간, 예를 들면 1개월 이하에서 성분이 변화되어버리는 것으로 생각되어, 실용적이지 않다.
유지구(103)의 형상은, 상술한 바와 같이 기부측이 광도파로(102)의 직경보다 대직경의 원통이고, 단부에 광도파로(102)를 삽입하여 감합하는 구멍(오목부)을 가지고 있으며, 선단측은 원추대 형상이고, 선단에 전자총 음극(104)을 삽입하여 감합하는 구멍(오목부)을 가지고 있다.
전자총 음극(104)은, 고온에서 열전자 또는 열전계 방사 전자를 방출하는 재료인 LaB6 또는 CeB6 등의 6붕소화 란타노이드 화합물 중으로부터 1종류의 재료를 선택하여 이용한다. 란타노이드는 주기율표의 제6주기 제3(3A)족에 속하고, 원자 번호 57의 란탄 La를 대표로서 화학적 성질이 매우 닮은 71번 루테늄 Lu까지의 15원소의 총칭이다.
전자총 특성으로서는 전자총 음극(104)은, 단결정인 것이 바람직하다. 또, 전자총 음극(104)의 동작 온도가 고온(대략 1500℃)이라는 것은, LaB6 또는 CeB6의 일함수가 2.6eV이고, 열전자 방출을 할 수 있는 온도라는 의미이다.
전자총 음극(104)의 선단의 전방에는, 전자빔의 통로를 열고 그 주변에 서프레서(suppressor) 전극(105)이 설치되어 있다. 서프레서 전극(105)은, 전자총 음극(104)에 대해 0전위이고, 광도파로(102)의 측면으로부터의 전자 사출을 억제한다.
서프레서 전극(105)의 전방에는, 동일하게 전자빔의 통로를 열고, 인출 전극(106)이 설치되어 있다. 이 인출 전극(106)은, 전자총 음극(104)에 대해 대략 +3㎸로부터 대략 +10㎸의 전위가 걸려, 전자총 음극(104)의 100㎛ 직경의 원통의 선단부 상면 부근에 인가되고, 여기서부터 열전계 방사 전자가 전자총 양극(107)을 향해 사출된다.
전자총 양극(107)은, 통상 접지 전위(0V)이고, 전자총 음극(104)에 마이너스 수십 ㎸(예를 들면 마이너스 50㎸)의 전자빔을 가속하는 전압을 걸어, 수십 keV(예를 들면 50keV)의 운동 에너지를 열전계 방사 전자에 주고, 전자빔(108)을 얻는다. 이 결과, 전자총 음극(104)은 대략 마이너스 50㎸, 인출 전극(106)은 대략 마이너스 47㎸로부터 대략 마이너스 40㎸의 전위가 된다. 이것에 의해 도 1의 구조 전체가 전자총(100)으로서 기능한다.
절연 베이스(109)는, 알루미나 세라믹의 원판이고, 광도파로(102)를 원판 중심에 고정하고 있다. 절연 베이스(109)는, 서프레서 전극(105)과 광도파로(102)를 절연할 수도 있지만, 서프레서 전극(105)을 광도파로(102)와 동(同)전위로 해도 된다.
절연 베이스(110)는, 절연 베이스(109)보다 대직경이고, 절연 베이스(109)를 밑으로부터 유지함과 함께, 중심에 광도파로(102)를 지지함과 함께, 절연 베이스(109)의 외측에 서프레서 전극(105), 인출 전극(106)의 기부를 동심원 형상으로 서로 이간하여 유지한다. 또한, 절연 베이스(110)는, 인출 전극(106)과 광도파로(102)를 절연한다.
도전 링(112)은, 광도파로(102)의 말단부에 대해 있고, 절연 베이스(109)의 외측면에 접하며, 광도파로(102)의 외표면의 도전 재료로 이루어지는 금속막(101)에 접촉한다. 이 도전 링(112)에 전자빔 가속용 전원을 접속하고, 광도파로(102)의 금속막(101), 유지구(103)를 개재하여 전자총 음극(104)으로부터 방출되는 전자를 공급한다.
도 2의 (a), (b), (c)에는, 유지구(103)와, 전자총 음극(104)과, 광도파로(102)의 접속의 구성에 대해 나타내고 있다. 도 2의 (a)는, 유지구(103)를 단면으로서, 전자총 음극(104), 광도파로(102)를 보이는 바와 같이 그린 도면, 도 2의 (b)는 정면도, 도 2의 (c)은 측면도이다. 이 예에서는, 유지구(103)에는, 선단측으로부터 중간부에 이르는 갈라진 틈(103a)과, 기부측으로부터 중간부에 이르는 갈라진 틈(103b)이 설치되어 있다. 이들 갈라진 틈(103a, 103b)은, 평면 방향(상하 방향)에 있어서 90도 방향이 다르다. 즉, 유지구의 축방향에 관해, 갈라진 틈(103a, 103b)이 공간적으로 직교하고 있다. 또, 선단에는 전자총 음극(104)을 삽입하여 감합하는 원통 형상의 구멍(오목부)이 설치되고, 기부측의 단부에는, 광도파로(102)를 삽입하여 감합하는 원통 형상의 구멍(오목부)이 설치되어 있다. 그리고, 전자총 음극(104), 및 광도파로(102)는, 구멍보다 약간 큼직하게 되어 있기 때문에, 전자총 음극(104) 및 광도파로(102)는, 구멍에 삽입되었을 때에, 유지구(103)의 탄력에 의해서, 유지구(103)에 유지된다. 예를 들면, 전자총 음극(104)을 50㎛(마이크로미터)×50㎛이며 길이 100㎛ 정도의 사각 기둥이고, 대응하는 구멍은, 직경 70㎛ 정도의 둥근 구멍으로 하며, 10㎛ 정도, 전자총 음극(104)의 선단이 돌출하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상술의 예에서는, 유지구(103)를 1개의 갈라진 틈으로 2분할했지만, 3분할 4분할의 스프링이더라도 된다.
또, 전자총 음극(104)이나 광도파로(102)에 홈을 설치해 두고, 용접용 레이저를 조사함으로써, 유지구(103)의 재료를 그 홈에 녹여 넣어서 접합하는 것도 적합하다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 전자총 음극(104)은, 사각 기둥 형상으로 하고 있다. 도 3은, 선단측에서 본 도면이고, 이와 같이, 유지구(103)의 원통 형상의 구멍에 4개의 모서리가 접촉하여 유지되어 있다. 여기서, 전자총 음극(104)을 사각 형상으로 하는 것은, 그쪽이 제작하기 쉽기 때문이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 판 형상의 LaB6의 결정에 대해, 표면으로부터 블레이드로 가로 방향 및 세로 방향으로 복수의 절삭 홈을 넣는다. 이것을 한 쪽의 절삭 홈에 평행한 단면에서 보면, 도 5의 (a)와 같이 된다. 그리고, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 절삭 홈에 접착제를 주입하여 굳힌다. 그 후, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이 블레이드로 표면과 평행한 방향(컷 라인으로 나타낸다)으로 홈을 횡단하도록 자름으로써, 도 5의 (d)에 나타내는 바와 같이, 홈 내의 접착제로 굳힌 사각 기둥의 집합으로서 판 형상의 것이 얻어진다. 다음으로, 접착제를 용제로 녹여 제거함으로써, 도 5의 (e)에 나타내는, 사각 기둥 형상의 전자총 음극(104)을 다수 얻을 수 있다.
전자총 음극(104)은, 예를 들면 선단의 평면이, 50㎛×50㎛ 정도이고, 길이 100㎛ 정도이다. 이와 같은 작은 전자총 음극(104)을 통상의 선반 등으로 가공하는 것은, 매우 곤란하다. 또, 블레이드로 자른 경우에도, 결정 기판으로부터 멀어지자마자 날아가 버린다. 상술한 바와 같은 가공 방법에 의해서, 작은 전자총 음극(104)을 효과적으로 제작하는 것이 가능해진다.
여기서, LaB6의 결정 칩에는 크랙이 생기는 경우가 많다. 크랙이 생긴 칩은 가열 시에 온도 특성이 불안정해지는 경우가 많아, 온도를 정상 상태로 유지할 수 없으므로 불안정한 특성이 되기 쉽다. 따라서, 전자빔이 방출되는 위치적이 변동하거나, 방사 방향이 각도적으로 변동하는 경우도 많아, 전자총 특성이 불안정해지기 쉽다.
그러나, 본 실시형태의 전자총 음극(104)은, 50㎛×50㎛×100㎛의 크기이고, 결정으로서의 체적이 작다. 이 때문에, 거의 크랙이 생기지 않는다. 따라서, 가열 시의 온도 특성이 안정되어, 빔 위치의 변동이 적고, 전자 방출 특성은 극히 안정된다.
본 실시형태에 있어서는, 전자총 음극(104)을 가열함과 함께, 여기에 전계를 작용시켜 전자를 인출하는 열전계 방출(TFE) 타입의 전자총(100)을 이용하고 있고, 전자총 음극(104)의 선단에 전계 강도 0.5 내지 1.0×106V/㎝ 정도의 전계를 인가함과 함께, 그 온도를 1650-1700K 정도로 한다. 그리고, 전자총 음극(104)의 재료로서, LaB6 또는 CeB6을 이용하고, 이것을 레늄의 유지구(103)로 유지한다. 이와 같은 온도에 있어서, 레늄은, LaB6 또는 CeB6과 반응하기 어렵고, 따라서 전자총 음극(104)이 화학 반응에 의해서, 변질되어 버리는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 전자총 음극(104)의 선단은 평면 50㎛×50㎛ 정도의 평면이고, 그 선단만이 레늄의 유지구(103)로부터 돌출되어 있다. 이 돌출량은, 2∼15㎛로 설정하고 있다. 이와 같이, 길이 100㎛ 정도의 전자총 음극(104)의 측면의 대부분은, 유지구(103)로 덮여져 있어, 전자총 음극(104)의 측면으로부터의 전자나, 재료의 승화를 적게 하는 것이 가능하다. 또, 전자총 음극(104)의 측면으로부터의 전자 조사가 적어, 주변 부재에 대한 여분의 가열을 최소한으로 적게 할 수 있다.
즉, 전자총 음극(104), 선단부 측면을 포함하여 전체로부터 나오는 전자를 적게 하고, 또 재료의 승화, 증발도 작게 할 수 있다. 종래 승화하는 면적이 수 평방 밀리미터이었던 것이 2500 평방 미크론이 되어 면적비로 200분의 1 이하가 된다. 따라서, 전자총 양극(107)이나 인출 전극(106)의 표면으로의 승화 부착물인 위스커의 형성을 억제하여, 방전이 일어날 때까지의 시간을 길게 할 수 있어, 장수명화를 도모할 수 있다.
또, 전자총 음극 재료의 측면도 얇고 가늘어지는 것을 억제하여, 초기의 전자의 인출 상태를 장기간 유지할 수 있다. 또한, LaB6이면 그 결정 중으로부터 붕소(B) 원자나 란탄(La) 란탄 원자가 빠져나가는 것을 억제할 수 있어, 초기의 전자의 인출 상태를 장기간 유지할 수 있다.
또한, 레늄으로 구성되는 유지구(103)는, 기부의 직경이 1000㎛, 선단부의 직경이 100㎛ 정도이고, 길이 1㎜로부터 2㎜ 정도의 것이 채용된다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서, 전자총 음극(104)의 사용에 의한 소모는 비교적 적다. 그러나, 전자총 음극(104)이, 사용에 의해서 소모되는 것은 피할 수 없다. 본 실시형태에 있어서는, 예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이, 전자총 음극(104)은 서서히 선단면으로부터 서서히 체적이 감소된다. 도 7의 (a)는 사용 개시 시, 도 7의 (b)는 2년 경과 후, 도 7의 (c)는 3년 경과 후의 예를 모식적으로 나타내고 있다.
전자총 음극(104)의 돌출량이 크면, 그만큼 측면으로부터의 전자의 방출이나 승화가 증가하므로 바람직하지 않다. 한편, 사용에 의한 소모는 피할 수 없어, 전자총 음극(104)의 선단이, 유지구(103)의 구멍 중으로 들어가서, 도 7의 (c)와 같이 되면, 전자의 인출이 잘 되지 않게 된다. 그래서, 수명을 가능한 한 길게 함과 함께, 인출 전극(106) 등으로의 위스커의 형성을 적게 하기 위해, 사용 개시 시에 있어서의 전자총 음극(104)의 유지구(103)로부터의 돌출량 2∼15㎛ 정도로 하는 것이 적합하고, 특히 10㎛ 정도로 하는 것이 적합하다.
여기서, 전자총 음극(104) 및 유지구(103)의 상면 평탄부의 표면적을 작게 하면 전계 집중이 현저해져서 전계 강도가 증대되고, 전자 발생 효율이 올라간다. 따라서, 선단의 평면 면적을 작게 하면 한층 더 고휘도화가 가능하다. 즉, 상술의 실시형태에서는, 선단의 평면을 50×50㎛ 정도로 했지만, 면적을 더욱 작게 함으로써 고휘도화를 도모할 수 있다. 이 때에는 유지구(103)의 면적도 동시에 작게 할 필요가 있다. 가변 정형(整形) 빔이나 셀 프로젝션 빔(CP) 등에서는 일정한 면적을 균일하게 조사할 필요가 있다. 이것을 균일 조사성이 필요하다고 한다. 또는 큰 이미턴스(emittance)가 필요하다고도 한다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 레늄으로 형성된 유지구(103)가 선단을 향해 끝이 가늘어지는 형상이고, 예리하게 돌출하는 형상으로 되어 있다. 그리고, 그 선단의 전자총 유지부에 전자총 음극(104)을 바닥면 및 측면을 덮어서 유지하고 있다. 따라서, 전자총 음극의 주위의 전계는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 등전위선이 유지구(103)의 선단 형상에 따른 예각(銳角)의 산(山) 형상이 되어, 선단부에 강한 전계가 인가된다. 따라서, 전자총 음극(104)의 선단으로부터의 전자빔의 방출이 촉진된다.
또, 상술의 실시형태에 있어서 나타낸, 전자총 음극(104)의 선단을 평면으로 한 것은, 가변 정형 빔이나 셀 프로젝션 빔(CP) 노광 장치에 적합하다.
「전자총의 다른 구성예」
여기서, 단일의 스폿(spot)(점 형상) 빔을 이용하는 것이면, 전자총 음극(104)의 선단을 뾰족해지게 한 것을 채용할 수도 있다. 이와 같은 형상의 음극은, 주사형 전자 현미경(SEM)과 같은 전자빔 검사 장치에도 적합하다. 본 명세서에서는, 전자빔 노광 장치, 전자 현미경 등의 전자빔 검사 장치를 총칭하여 전자빔 장치라고 한다.
전자 현미경(SEM)에서는, 전자총으로부터 방출된 전자빔을 전자빔 노광 장치와 동일하게 하여, 스폿으로서 시료에 조사함과 함께 이 빔을 주사한다. 그리고, 시료로부터 발생되는 2차 전자 등을 검출기에 의해서 검출하고, 검출 결과를 영상화한다. 또한, 본 실시형태의 전자총은, 투과형 전자 현미경(TEM) 등의 전자빔 검사 장치에도 적용할 수 있다.
도 8에는, 유지구(103)의 선단에 매립하는 기둥 형상의 전자총 음극(104)의 형상을 선단이 뾰족해진 형상으로 한 것을 나타내고 있다. 즉, 유지구(103)의 선단에 전자총 음극(104)을 삽입하고 있지만, 전자총 음극(104)의 선단이 원뿔 형상으로 끝으로 갈수록 직경이 작아져 있다.
이와 같은 형상으로 함으로써, 전자총 음극(104)으로부터의 승화, 증발량을 작게 할 수 있고, 인출 전극(106), 전자총 양극(107)에 부착하는 전자총 음극 재료의 양을 적게 할 수 있어, 위스커가 자라는 것에 의한 방전으로 정해지는 수명을 더욱 길게 할 수 있다.
도 9에는, 텅스텐 필라멘트 가열 방식의 전자총에 대해 나타내고 있다. 도 9의 (a)는 정면, 도 9의 (b)는 측면을 나타내고 있다.
이와 같이, 유지구(103)는, 선단측은 상술한 것과 동일하지만, 기부측이 절반 절제되어 있어, 반원통 형상으로 되어 있다. 그리고, 이 반원통의 평면에 역 V자 형상으로 배치된 한 쌍의 텅스텐 필라멘트(121)의 상단이 공통되어 스폿 용접되어 있다.
한 쌍의 텅스텐 필라멘트(121)에 있어서의, 떨어져서 위치하는 한 쌍의 하단은, 세라믹 기판(123)에 고정된 한 쌍의 금속 막대(122)에 각각 스폿 용접되어 있다. 그리고, 이 한 쌍의 금속 막대(122) 사이에 전력을 공급함으로써, 텅스텐 필라멘트(121)가 가열되고, 이 열에 의해서 유지구(103)를 통해, 전자총 음극(104)이 소정 온도로 가열된다. 또한, 금속 막대(122), 텅스텐 필라멘트(121), 전자총 음극(104)은, 모두 동일한 음극 전위(직류 전압)로 유지되고, 전자총 음극(104)으로부터 전자가 방출되는 것에 대해서는, 상술의 실시형태와 동일하다.
「전자빔 장치의 구성」
도 10에는, 상술한 전자총(100)을 이용한 전자빔 노광 장치의 개략 구성이 나타내어져 있다. 경통(鏡筒)(204)은 밀폐 형상의 원통이고, 상부에 전자총실(室)(201)이 칸막이벽(202)에 의해서 구분되어 형성되어 있다. 경통(204)의 내부에는, 전자총(100)으로부터 인출된 전자빔(205)을 편향, 정형, 수속(收束) 등을 하기 위해, 코일, 자기 렌즈 등으로 구성되는, 빔 제어부로서 기능하는 렌즈·편향 광학계(203)가 배치되어 있다. 그리고, 경통(204)의 하방에는, 타깃 실(室)(210)이 배치되어 있고, 여기에 묘화되는 기판(웨이퍼)인 타깃(206)이 재치되어 있다.
이것에 의해서, 전자총(100)으로부터 인출된 전자빔(205)이, 타깃(206)의 임의위치에 수속 제어되어, 전자빔에 의한 묘화가 행해진다. 또한, 이온 펌프(207)는 전자총실(201) 내를 배기하고, 터보(turbo) 분자 펌프(208)는 경통(204) 내를 배기하며, 터보 분자 펌프(209)는 타깃 실(210) 내를 배기하여, 각각 원하는 진공 상태로 유지한다. 본 장치에는 2차 전자 또는 반사 전자 검출기(211)를 구비하고 있어, 전자빔 묘화 뿐만 아니라, 전자빔을 주사함으로써 화상 관찰도 가능하다. 또 웨이퍼 또는 마스크 기판의 화상을 검사하는 전자빔 검사 장치로서도 사용할 수 있다.
「멀티 칼럼의 구성」
본 실시형태의 전자총은, 멀티 칼럼 전자빔 노광 장치에 적합하게 적용할 수 있다. 이 멀티 칼럼 전자빔 노광 장치는, 예를 들면 대략 15㎜로부터 대략 50㎜ 정도의 굵기의 단일 칼럼 엘리먼트를, 2차원적으로 수십 개 이상(예를 들면 30개로부터 250개 이상)이라는 수로 복수 개 나란히 하고, 1장의 웨이퍼 상에 전자빔을 복수 조사하는 멀티 칼럼 군을 구성한다. 이와 같은 구성에 의해서, 고속 노광 처리가 가능해진다.
도 11에는 멀티 칼럼 전자빔 묘화 장치의 도면을 나타낸다. 직경 25밀리미터 정도의 칼럼 엘리먼트를 단위로 하는 미세한 칼럼이 300밀리미터 웨이퍼 상에 89개 정렬되어 있다. 그 중의 1개의 단일 칼럼 엘리먼트(301)의 개략 구성을 나타낸다. 전자총(304)으로부터 발사된 전자빔은, 제 1의 직사각형의 애퍼추어(aperture)(305)로 직사각형으로 정형되고, 전단(前段)의 렌즈·편향 광학계(306)에서, 제 2의 직사각형 애퍼추어 또는 CP 마스크(308) 상에 결상된다. 제 2 직사각형 애퍼추어 또는 CP 마스크(308) 상에서의 전자빔의 위치는, 빔 편향기에 의해서, 의도한 사이즈 또는 형상의 빔으로 재정형된다. 또한 후단의 렌즈·편향 광학계(309)에서, 하방에 위치하는 웨이퍼 상의 적절한 위치에 편향하여 결상된다. 이들 렌즈·편향 광학계(306, 309)는, 빔 제어부로서 기능하지만, 이것을 더욱 분해하면 자계 렌즈(307)로 구성된다.
「광가열식의 전원의 구성」
상술한 바와 같이, 전자총의 가열에 광을 이용하는 것이 적합하다. 도 12는, 본 실시형태의 광가열식의 전자총과, 그 전자총의 제어부의 구성도이다.
전자빔 가속용 전원(403)은, 전자총 음극(104)에 마이너스 수십 ㎸(예를 들면 대략 -50㎸)의 고전압을 공급하는 고전압 발생용 유닛이고, 그 전압을 도전 링(112), 광도파로(102) 표면의 금속막(101)을 개재하여 전자총 음극(104)에 인가한다.
인출 전계용 전원(402)은, 전자빔 가속용 전원(403)에 대해 플러스 수 ㎸(대략 +3㎸로부터 +10㎸)의 전압을 발생하고, 그 전압을 인출하여 전극(106)에 인가한다.
광원 유닛(504)은, 반도체 레이저 및 그 제어부에서, 광을 발생하고, 광의 강도를 조정하는 유닛이다.
광 파이버(505)는, 광원 유닛(504)으로부터의 광을 광도파로(102)까지 유도하는 광반송로이고, 1개당의 굵기는 250미크론 정도의 굵기로서, 수십 개 이상인 복수 개 묶어도 2.5㎜ 직경 정도의 굵기이다. 광 파이버(505)는, 유리 또는 플라스틱 등의 절연물로서, 전선과 달리 각별한 전기적 절연을 실시할 필요가 없기 때문에 마이너스 수십 ㎸(예를 들면 대략 -50㎸)의 고압 전자총부로 그대로의 형태로 도입할 수 있다. 또 종래의 가열 방법에서는 전류 가열 때문에 고압 절연된 직경 수 센티미터 이상의 굵은 도전 케이블을 사용하므로, 중량이 무겁고, 강성도 높아 단단하므로 바닥 진동이 전달되어 전자 광학 경통이 진동하고, 그 결과 빔이 진동하여, 묘화 정밀도가 열화되어 있었다.
전자총(100)에 투입하는 광의 에너지는, 유지구(103)와 전자총 음극(104)을, 1500℃ 부근의 고온으로 하고, 그들 부재의 복사열과, 광도파로(102)를 통과한 전도열로서 방열된다. 그래서, 전자총 음극(104)의 온도가 1500℃ 부근에서 일정값이 되도록, 광의 강도를 조정한다. 실제로는, 통상 수십 개 이상의 멀티 칼럼에서 개개의 전자총 온도를 검지하는 것은 어려우므로, 인출 전극(106)에 의해서 열전계 방사 전자류로서 인출되고, 전자총 양극(107)에 의해서 가속되어, 웨이퍼(303)에 유입하는 전자빔 강도를 측정하고, 측정값을 일정하게 유지하도록, 광원 유닛(504)을 제어한다. 2차적으로는, 반도체 레이저 중에 광량 모니터가 들어가 있으므로, 이것을 일정하게 하도록 반도체 레이저 출력을 제어한다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 가열용으로 광을 이용하기 때문에, 광 파이버(505)는, 고전압계와 분리되어 있어, 그 취급이 용이해진다. 또, 본 실시형태에서는, 광 에너지를 전송하는 케이블이 가늘고, 경량화되며, 강성도 작아지므로 바닥 진동도 거의 전달되지 않으므로, 고정밀도의 묘화가 가능해진다.
또한, 멀티 칼럼화된 전자총의 문제점은 전자총 음극의 발열이다. 1개의 전자총의 유지구(103)의 면적이 수 평방 밀리미터이고, 온도가 1700K일 때에는, 고온부의 면적과 온도의 4승의 곱으로 결정되는 발열량인 수 와트에 멀티 칼럼의 전자총 개수를 곱한 값, 즉 수백 와트의 발열량이 된다. 이 때문에 전자총 챔버(201)의 진공도가 악화되는 경우가 있다. 상기 진공도의 악화를 피하기 위해, 유지구(103)의 표면적을 저감하는 것이 유효해진다. 예를 들면 굵기와 길이를 절반으로 함으로써 발열량을 약 4분의 1로 저감하고, 100와트 이하의 발열량으로 하여 진공도 열화도 저감할 수 있다. 이와 같이 전자총 고온부의 온도 저감과 면적 저감이 중요하다. 따라서 유지구(103)는 기부가 굵은 곳이 짧고, 가는 부분이 긴 형상 쪽이 바람직하다. 또 더욱 면적을 저감하기 위해서는 도체 구조를 변화시키지 않는 범위 내에서, 가는 철사로 유지구를 구성해도 된다.
본 실시형태의 선단이 50㎛ 사각의 평탄한 전자총 음극을 사용하는 경우에 있어서, 전자빔 묘화 장치에 적용한 경우에는, 휘도는 3으로부터 6×106A/㎠ 스테라디안(steradian)으로서, 제 1 직사각형 애퍼추어의 조사 균일성을 나타내는 전자총 이미턴스로서 7 내지 10 mrad ㎛라고 하는 값이 얻어져서 수명은 2년에서 3년으로 이상적인 전자총으로서 사용할 수 있다. 이것에 의해서 전자빔 묘화 장치의 실용화에 큰 기여를 할 수 있다. 또 주사형 투과형 전자 현미경의 개량, 전자빔 검사 장치의 개량에도 큰 공헌을 하는 것이 가능해진다.
또, 상술의 실시형태에 있어서, 유지구(103)는 전체적으로 레늄으로 형성했다. 이것은, LaB6 등으로 이루어지는 전자총 음극(104)과의 화학 반응을 억제하기 위해서이다. 따라서, 유지구(103)의 전자총 음극과 접하는 부분을 레늄으로 형성하면, 유지구(103)의 다른 부분은, 별도의 재료, 예를 들면 강성이 높은 텅스텐, 탄탈, 몰리브덴 등으로 형성해도 된다.
100, 304: 전자총 101: 금속막
102: 광도파로 103: 유지구
103a, 103b: 갈라진 틈 104: 전자총 음극
105: 서프레서 전극 106: 인출 전극
107: 전자총 양극 108, 205: 전자빔
109, 110: 절연 베이스 112: 도전 링
121: 텅스텐 필라멘트 122: 금속 막대
123: 세라믹 기판 201: 전자총실
202: 칸막이벽 203: 렌즈·편향 광학계
204: 경통 206: 타깃
207: 이온 펌프 208, 209: 터보 분자 펌프
210: 타깃 실
211: 2차 전자 또는 반사 전자 검출기 301: 단일 칼럼 엘리먼트
303: 웨이퍼 305: 제 1 직사각형 애퍼추어
306, 309: 렌즈·편향 광학계 307: 자계 렌즈
308: 제 2 직사각형 애퍼추어 또는 CP 마스크
402: 인출 전계용 전원 403: 전자빔 가속용 전원
504: 광원 유닛 505: 광 파이버
801: LaB6 또는 CeB6의 단결정의 전자총 음극 재료
802a, 802b: 파이로리틱 그라파이트를 C축 방향으로 절단한 것
803a, 803b: 금속 지지체 804a, 804b: 금속 스프링
805a, 805b: 스프링 조절용 나사의 지지대
806a, 806b: 스프링 조절용 나사 807: 알루미나 세라믹스
808a, 808b: 전자총 음극 가열 전류 도입 단자

Claims (10)

  1. 가열됨으로써 전자를 방출하는 기둥 형의 전자총 음극과,
    선단의 전자총 유지부에 있어서 상기 전자총 음극의 바닥면 및 측면을 덮고 전자총 음극을 유지함과 함께, 전기 전도성을 가지며, 가열된 상태에서 상기 전자총 음극과 반응하기 어려운 재료로 구성되고, 상기 전자총 음극 유지부를 향해 전체가 끝이 가늘어져서 돌출하는 형상을 가지는 유지구
    를 포함하고,
    상기 전자총 음극은, 선단부가 노출되어 상기 유지구로부터 돌출하고 있고, 상기 선단부에 전계를 인가함으로써 상기 선단부로부터 전자를 전방을 향해 방출하는 것을 특징으로 하는 전자총.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자총 음극은, 그 선단에 평탄면을 가지고, 이 평탄면으로부터 전자를 방출하는 것을 특징으로 하는 전자총.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자총 음극의 선단부는, 끝이 가늘어지는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전자총.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자총 음극은, LaB6 또는 CeB6을 포함하는 6붕소화 란타노이드 화합물 중으로부터 1종류를 선택한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자총.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지구는, 레늄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자총.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지구는, 선단부에 상기 전자총 음극을 유지하는 오목부를 가지는 것을 특징으로 하는 전자총.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 유지구는, 선단측으로부터 중간부까지 상기 오목부를 통과하는 갈라진 틈을 가지고 있고, 유지구의 탄성력에 의해서, 상기 전자총 음극을 협지하는 것을 특징으로 하는 전자총.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지구의 상기 전자총 음극을 유지하는 선단측과 반대인 기부측에서 광도파로와 결합되고, 상기 전자총 음극은, 상기 광도파로를 개재하여 공급되는 광에 의해서 상기 유지구를 통해 가열되는 것을 특징으로 하는 전자총.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유지구는, 선단측으로부터 중간부까지 이르는 갈라진 틈을 가지고, 유지구의 탄성력에 의해서, 상기 전자총 음극을 협지함과 함께,
    기부측로부터 중간부에 이르는 갈라진 틈을 가지고, 유지구의 탄성력에 의해서, 상기 광도파로를 협지하며,
    상기 전자총 음극을 협지하는 갈라진 틈과, 상기 광도파로를 협지하는 갈라진 틈이, 상기 유지구의 축에 관해 공간적으로 직교하고 있는 것을 특징으로 하는 전자총.
  10. 전자총과, 전자총으로부터 전자를 인출함과 함께 방향 설정을 하는 빔 제어부와, 이 빔 제어부로부터의 전자가 조사되는 타깃을 유지하는 타깃 유지부를 가지는 전자빔 장치로서,
    상기 전자총은,
    가열됨으로써 전자를 방출하는 기둥 형의 전자총 음극과,
    이 전자총 음극의 바닥면 및 측면을 덮고 전자총 음극을 유지함과 함께, 전기 전도성을 가지며, 가열된 상태에서 상기 전자총 음극과 반응하기 어려운 재료로 구성된 유지구
    를 포함하고,
    상기 전자총 음극은, 선단부가 노출되어 상기 유지구로부터 돌출하고 있고, 상기 선단부에 전계를 인가함으로써 상기 선단부로부터 전자를 전방을 향해 방출하는 것을 특징으로 하는 전자빔 장치.
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