JPH0130247B2 - - Google Patents

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JPH0130247B2
JPH0130247B2 JP54123687A JP12368779A JPH0130247B2 JP H0130247 B2 JPH0130247 B2 JP H0130247B2 JP 54123687 A JP54123687 A JP 54123687A JP 12368779 A JP12368779 A JP 12368779A JP H0130247 B2 JPH0130247 B2 JP H0130247B2
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JP
Japan
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chip
single crystal
electron beam
tip
bias voltage
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Expired
Application number
JP54123687A
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English (en)
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JPS5648029A (en
Inventor
Tadahiro Takigawa
Isao Sasaki
Kakuki Motoyama
Takashi Meguro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Machine Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Machine Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP12368779A priority Critical patent/JPS5648029A/ja
Publication of JPS5648029A publication Critical patent/JPS5648029A/ja
Publication of JPH0130247B2 publication Critical patent/JPH0130247B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details 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
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/13Solid thermionic cathodes
    • H01J1/15Cathodes heated directly by an electric current

Landscapes

  • Solid Thermionic Cathode (AREA)
  • Electron Beam Exposure (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。
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。これは、LaB6単結晶製造技術の進
歩と単結晶チツプを安定に加熱する技術の進歩に
負うところが大きい。この電子銃は輝度が高く長
寿命であるという長所を持つが、未だ以下に述べ
るような解決すべき問題がある。
(1) 放射される電子ビームが作るクロスオーバ径
がチツプ温度、バイアス電圧および動作時間に
対して不安定である。
(2) クロスオーバー形状を円形とするためには、
LaB6の蒸発速度が大きくなるまでチツプ加熱
温度を高くするか、あるいはそこまで温度を上
げない領域では電子放射がカツトオフする近く
までバイアス電圧を高くしなければならない。
(3) 放射される電子ビームの強度分布(エミツシ
ヨンパターン)は周知のように花模様であり、
これを円形とするためには(2)と同様、加熱温度
かバイアス電圧を高くしなければならない。
(4) チツプを高温に加熱すると、LaB6蒸発物が
ウエネルト内面に堆積し、電子銃の動作を不安
定なものとする。
この発明は上記の点に鑑み、チツプの加熱温度
およびバイアス電圧を格別高くすることなくクロ
スオーバー形状およびエミツシヨンパターンが円
形である電子ビームを得ることができ、従つてよ
り長寿命動作が可能なLaB6単結晶チツプを用い
た電子銃を提供することを目的とする。
この発明は従来より使われているLaB6単結晶
チツプからの電子放射の様子を解析することから
導かれたもので、まず従来のLaB6単結晶チツプ
について説明する。第1図はそのチツプ形状で、
四角柱の一端を四角錐とし、この四角錐の先端を
円錐状に加工しており、電子ビームの放射はその
円錐状とした先端から行われる。
第2図a,b,cは、第1図に示すチツプの軸
をそれぞれ〔100〕、〔110〕、〔111〕に選んだ場合
の放射される電子ビームのエミツシヨンパターン
を示している。これらのパターンはチツプの加熱
温度およびバイアス電圧に依存する。例えば、チ
ツプの軸を〔100〕に選んだ場合のエミツシヨン
パターン、即ち第2図aのパターンの加熱温度と
バイアス電圧による変化を示すと第3図a,bの
ようになる。ここに、加熱温度はT11300℃、
T21400℃、T31500℃、T41600℃である。
バイアス電圧は電子銃の幾何学的条件に強く依存
するが、V1<V2<V34である。
電子線機器では一般に電子ビーム路上にビーム
散乱防止用のアパーチヤを複数個もつが、例えば
第3図から、加熱温度T3、バイアス電圧V3とし
たとき電子ビームの軸合せが可能な場所が4個あ
る。第4図はその場合のアパーチヤの軸合せの様
子を示す例である。41がアパーチヤ、421
424がアパーチヤ面に投影されたエミツシヨン
パターンであり、43はクロスオーバー像であ
る。図から明らかなようにアパーチヤ41の軸合
せ可能な個所は4個所あることがわかる。しか
し、現実には4本の電子ビームは強度が異なり、
その最大のものに重ねることが必要となる。この
操作は非常に面倒で、しばしば誤つた軸合せを行
う。
第3図から明らかなように、チツプの加熱温度
あるいはバイアス電圧を十分高くすれば電子ビー
ムは重なつて円形のエミツシヨンパターンが得ら
れるから、アパーチヤの軸合せは容易になる。し
かし、既に述べたように、エミツシヨンパターン
が円形になるまでチツプの加熱温度を高めると電
子銃は不安定となり寿命も短かくなる。またエミ
ツシヨンパターンが円形になるまでバイアス電圧
を高くすると輝度が十分とれなくなる。
次に、第5図a,b,cは、第1図に示すチツ
プの軸をそれぞれ〔100〕、〔110〕、〔111〕に選ん
だ場合の放射される電子ビームのクロスオーバー
像で、それぞれ第2図a,b,cのエミツシヨン
パターンに対応する。これらのクロスオーバー形
状も、やはりチツプの加熱温度とバイアス電圧に
依存する。その様子を、チツプ軸を〔100〕とし
た場合について第3図a,bに対応させて第6図
a,bに示す。図から明らかなように、クロスオ
ーバー像のスポツトは、加熱温度およびバイアス
電圧が低いとき4個に分離し、加熱温度あるいは
バイアス電圧を十分高くすることにより1個にな
る。
電子線露光装置ではクロスオーバーの直径は第
6図aのAで定義される。この直径Aとチツプ加
熱温度およびバイアス電圧との関係をそれぞれ第
7図aおよびbに示すす。電子線露光装置におけ
る電子銃の典型的な使用条件は、加速電圧20kV
で輝度1×106A/cm2str、クロスオーバーが単一
スポツトでしかもできるだけ低いチツプ加熱温
度、といつたものである。例えば第6図から、加
熱温度T31500℃バイアス電圧V3なる条件が与
えられる。しかしながら、このような条件を現実
にさがすことは非常に難しく、長時間の設定操作
を必要とする。しかも最適条件である加熱温度
T3、バイアス電圧V3が時間とともに変化し、3
日に1度程度の再調整を必要とする。クロスオー
バー直径がチツプの加熱温度あるいはバイアス電
圧で変化することも、正確な電子ビーム径が必要
とされる電子線露光装置にとつて不都合である。
以上のような問題は、他の結晶方位〔110〕、
〔111〕を選んだチツプについても、特性に若干の
差はあるが、同様に存在する。
発明者らは以上のような実験データをもとに、
クロスオーバーを構成するスポツトの数とスポツ
トの互いのなす角度をLaB6単結晶のステレオ投
影図と比較した結果LaB6単結晶チツプでは
〔310〕を中心としこれから15゜の傾きの範囲内
(第5図c参照)の結晶方位をもつ結晶面から電
子ビームが放射されていることが確定できた。そ
こでこの発明では、LaB6単結晶チツプの先端部
に〔310〕またはこれから15゜以内の傾きの範囲に
ある結晶方位あるいはこれらと等価な結晶方位を
もつ結晶面(以下、これを{310}面と総称する)
を出し、この結晶面から電子を放射させるように
したことを特徴とするものである。
この発明の一実施例のLaB6単結晶チツプ形状
を第8図に示す。この実施例では単結晶チツプの
軸を〔310〕に選び、その先端部に半頂角が70゜の
円錐状をなす頂部を形成したものである。〔310〕
に対して等価な方位は〔310〕に対して25゜51′、
36゜52′、53゜8′、72゜33′、84゜16′、90゜0′に現
われる。
ここでチツプの軸方位[310]と等価な軸方位の
もののうち2つの軸方位のなす角度が最小のもの
は[310]であり、その場合の角度は25゜51′であ
る。またLaB6は立方晶の結晶構造であり、軸方
位と両方位は垂直の位置関係にある。
従つて前記2つの軸方位のなす角度が25゜51′よ
り小、すなわち先端の半頂角が64゜9′より大とな
る例えば70゜の円錐状のチツプに加工すれば、チ
ツプ先端の頂部のみ{310}面(ここでは(310)
面)が現われ、斜面には(310)面と等価な他の
{310}面は現われないようにできるので電子ビー
ムは頂部のみから単一のスポツトビームが放射さ
れる。
このLaB6単結晶チツプによる電子ビームのエ
ミツシヨンパターンの加熱温度およびバイアス電
圧依存性を評価した結果、第9図a,bのように
なつた。従来例と比較して明らかなように、エミ
ツシヨンパターンは加熱温度およびバイアス電圧
に依らず円形であつた。クロスオーバー形状も第
10図a,bに示すように、加熱温度およびバイ
アス電圧に依らず円形であることが確認された。
なお、この実施例では単結晶チツプの軸を
〔310〕に選んだが、この代りに〔310〕と等価な
各種の結晶方位、つまり<310>の結晶方位を選
んでもよい。また、半頂角を70゜としたが、
64゜9′より大きい半頂角を持つように加工すれば、
頂部にのみ電子放射を行う結晶面即ち{310}面
が出るので、上記実施例と同様、エミツシヨンパ
ターンおよびクロスオーバー形状が加熱温度およ
びバイアス電圧に依らず円形となる電子ビームを
得ることができる。
上記実施例ではチツプの先端は円錘状であるの
でその先端には強い電子ビームを放射する{310}
面以外に電子ビームが放射されない面も共に存在
しており、先端角度を規定して複数以上の{310}
面は出ないように加工したものであることが複数
以上のスポツトを生じさせないために重要であつ
た。
さて、本願発明の特徴は強い電子ビームの得ら
れる{310}面を有効に利用できるように加工し
たチツプ形状を有する電子銃を提供することにあ
る。
次にここでは、本発明による他の実施例として
より積極的にビームの放射されない面は存在しな
いようにチツプの先端部を全て{310}面からな
る斜面で囲んで形成し、前記{310}面からなる
斜面部分から大きな電子ビーム量を得るようにし
た例について説明する。そのいくつかの実施例の
チツプ形状を第11図〜第14図に示す。第11
図は単結晶チツプの軸を〔111〕に選び、その先
端部の斜面に(310)、(301)、(103)、(013)、
(031)、(130)面を出した例である。第12図は
単結晶チツプの軸を〔100〕に選び、その先端部
の斜面に(310)、(301)、(310)、(301)面を
出した例である。第13は単結晶チツプの軸を<
100>に選び、その先端部の斜面に(130)、(10
3)、(130)、(103)面を出した例である。第
14図は単結晶チツプの軸を〔110〕に選び、そ
の先端部の斜面に(310)、(130)面を出した例で
ある。第11図〜第13図では頂部が点となり、
第14図では頂部が線となる。いずれの場合もチ
ツプ先端部の全ての斜面が{310}面であるので、
チツプ先端部、特に電界の集中する頂部の線又は
点付近の{310}面の部分から一様に均一な強い
電子放射が行なわれ、これら各{310}面からの
電子放射は総合されて所望の電子ビームとなる。
すなわちその電子ビームは通常の加熱温度および
バイアス電圧ではそれらに依ることがなく、ほぼ
円形のエミツシヨンパターンと単一スポツトのク
ロスオーバー像を与えるものである。
第15図は{310}面を積極的に利用した更に
別の実施例である。すなわち、これは単結晶チツ
プの軸を〔310〕に選び、その先端部にチツプの
軸と直交する平坦面(310)面を出した例である。
この実施例によればチツプの先端は錘状で該部分
にはチツプの軸方向[310]と直交する(310)面
よりなる平坦面が形成されているので前記平坦面
特に中央部付近から主として強い電子放射が行な
われ、これによつてこの実施例でも、先の実施例
と同様、加熱温度およびバイアス電圧に依らず、
円形のエミツシヨンパターンと単一スポツトのク
ロスオーバー像を与える電子ビームが得られる。
先端部の平坦面を(310)と等価な面を含む
{310}面に選ぶことで同様の電子ビームが得られ
る。また、この場合、先端部の平坦面のみ{310}
面としてもよいし、斜面まで{310}面で構成し
てもよい。
以上のように、この発明においてはLaB6単結
晶チツプの先端部に{310}面を出し、この面ら
電子放射を行わせるようにしており、これにより
従来に比べて低い加熱温度とバイアス電圧で円形
のエミツシヨンパターンと単一スポツトのクロス
オーバー像を与える電子ビームが得られる。そし
てこの発明に係る電子銃は、電子ビームの軸合せ
が容易であり、しかも低温で動作できるから寿命
も長く、経時変化も小さい。また、この電子銃か
ら放射される電子ビームの輝度は従来の{100}
面、{110}面を先端部に出したLaB6単結晶チツ
プの場合に比べて約2倍程大きい。従つてこの発
明にかかる電子銃は電子線露光装置等の各種電子
線機器に用いて非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電子銃におけるLaB6単結晶チ
ツプの形状を示す図、第2図a〜cはそのチツプ
軸をそれぞれ〔100〕、〔110〕、〔111〕に選んだ場
合の放射される電子ビームのエミツシヨンパター
ン、第3図a,bはそのエミツシヨンパターンの
加熱温度およびバイアス電圧依存性を示す図、第
4図は従来の電子銃での電子ビームとアパーチヤ
の軸合せの様子を示す図、第5図a〜cは第1図
のLaB6単結晶チツプの軸をそれぞれ〔100〕、
〔110〕、〔111〕に選んだ場合の放射される電子ビ
ームのクロスオーバー像を示す図、第6図a,b
はそ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7図a,bは同じくク
ロスオーバー像直径の加熱温度およびバイアス電
圧依存性を示す図、第8図はこの発明の一実施例
におけるLaB6単結晶チツプの形状を示す図、第
9図a,bはこのチツプを用いた電子銃による電
子ビームのエミツシヨンパターンの加熱温度およ
びバイアス電圧依存性を示す図、第10図a,b
は同じく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11図〜第15図は
この発明の別の実施例におけるLaB6単結晶チツ
プの形状を示す図である。

Claims (1)

  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<310>
    の結晶方位に選び、この単結晶チツプの先端錘状
    部にチツプ軸と直交する平坦面を形成し、この平
    坦面から電子ビームを放射するようにしたことを
    特徴とする電子銃。 2 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<310>
    の結晶方位に選び、この単結晶チツプの先端部を
    半頂角が64゜9′より大きい円錘状に形成すると共
    にその先端に丸め加工された頂部を形成し、この
    頂部から電子ビームを放射するようにしたことを
    特徴とする電子銃。 3 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、単結晶チツプの先端部の全て
    の斜面が{310}面となるように形成し、その斜
    面から電子ビームを放出するようにしたことを特
    徴とする電子銃。
JP12368779A 1979-09-26 1979-09-26 Electron gun Granted JPS5648029A (en)

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JP12368779A JPS5648029A (en) 1979-09-26 1979-09-26 Electron gun

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JP12368779A JPS5648029A (en) 1979-09-26 1979-09-26 Electron gun

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JPS5648029A JPS5648029A (en) 1981-05-01
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