JPH03133022A - 熱電界放射電子銃 - Google Patents
熱電界放射電子銃Info
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- JPH03133022A JPH03133022A JP1268645A JP26864589A JPH03133022A JP H03133022 A JPH03133022 A JP H03133022A JP 1268645 A JP1268645 A JP 1268645A JP 26864589 A JP26864589 A JP 26864589A JP H03133022 A JPH03133022 A JP H03133022A
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- JP
- Japan
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- chip
- electron gun
- noise
- cathode
- radius
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-
- 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
- H01J37/073—Electron guns using field emission, photo emission, or secondary emission electron sources
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/063—Electron sources
- H01J2237/06308—Thermionic sources
- H01J2237/06316—Schottky emission
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、熱電界放射電子銃に係り、特にそのFEノイ
ズが長期間にわたって変動が少ないように維持される熱
電界放射陰極を有する電子銃に関する。
ズが長期間にわたって変動が少ないように維持される熱
電界放射陰極を有する電子銃に関する。
従来から、熱電界放射電子源は、FEチップノイズと呼
ばれる電界放射陰極特有な電流変動を持つことが知られ
ていた。従来装置は、像観察を主たる目的とするため、
放射電流変動と像43号を電気的に割算して電流変動に
伴なう信号の強弱を補正することができように構成され
た。このような電子銃を用いたsEM!11察は、数1
0分の単位で行なわれるため、放射電流ドリフトが大き
くても支障なくそれなりに使用されていた。
ばれる電界放射陰極特有な電流変動を持つことが知られ
ていた。従来装置は、像観察を主たる目的とするため、
放射電流変動と像43号を電気的に割算して電流変動に
伴なう信号の強弱を補正することができように構成され
た。このような電子銃を用いたsEM!11察は、数1
0分の単位で行なわれるため、放射電流ドリフトが大き
くても支障なくそれなりに使用されていた。
このような電子銃に関する公知例としては、例えば、特
開昭62−9:148号公報がある。
開昭62−9:148号公報がある。
現在、SEMなどに用いられているCFEタイプ陰極で
は引出電圧2.5〜5kV で使用されている。
は引出電圧2.5〜5kV で使用されている。
CFEタイプ陰極を特徴づけるものは、(1)電界によ
るイオン衝突 (2)高電流密度の放射によるチップ温度の上昇と溶解 (3)チップコンタミネーションによる仕事関数の上昇
である。
るイオン衝突 (2)高電流密度の放射によるチップ温度の上昇と溶解 (3)チップコンタミネーションによる仕事関数の上昇
である。
上記の(1)、 (3)を抑えるため、超高真空を保ち
、上記の(2)を抑えるには癩度の電界が必要である。
、上記の(2)を抑えるには癩度の電界が必要である。
しかし、CFEタイプ陰極では、イオン衝突エネルギー
がE=qv (q:fi荷)の関係があるので電界qと
引出電圧Vが高くなると大きくなり、チップダメージが
大きく放電の危険が増す。このため、CFEタイプ陰極
を用いた電子銃では、1O−7Pa以下の真空度と、引
出電圧viがVt<5kVで使用されることが多い。F
Eノイズは、15%以下に、FEノイズのドリフト10
%/ h rに抑えるのが困難である。
がE=qv (q:fi荷)の関係があるので電界qと
引出電圧Vが高くなると大きくなり、チップダメージが
大きく放電の危険が増す。このため、CFEタイプ陰極
を用いた電子銃では、1O−7Pa以下の真空度と、引
出電圧viがVt<5kVで使用されることが多い。F
Eノイズは、15%以下に、FEノイズのドリフト10
%/ h rに抑えるのが困難である。
これを、克服したのが本発明に適用される熱電界放射陰
極(Therma12 FieQd En+1ssio
n cathod以下TEEと略称する)である。しか
し、TFEでは強電界による応力とチップ結晶の表面張
力が熱平衡状態を作ることが必要である。
極(Therma12 FieQd En+1ssio
n cathod以下TEEと略称する)である。しか
し、TFEでは強電界による応力とチップ結晶の表面張
力が熱平衡状態を作ることが必要である。
しかし、チップ先端に表われる結晶面は面方位によって
異なり、これが表面張力の違いになる。
異なり、これが表面張力の違いになる。
また電界も各結晶面曲率半径により異なるためビルドア
ップと呼ばれる結晶の盛り上がりが起こる等、不安定で
ある。
ップと呼ばれる結晶の盛り上がりが起こる等、不安定で
ある。
この様なチップを例えば電子線描画装置に利用しようと
すると、100MHzにもおよぶ高速でビームを偏向し
、細く絞られたビームを制御してLSI回路領域を精度
良く露光するため、電子銃として電界放射陰極を用いた
電界放射電子銃を搭載すると、等倍の光学系で400
A / aJの高電流密度のビーム径0.1μm以下の
微小ビームを得てかつ、偏向収差が小さく偏向領域を拡
くすることができる。このため、従来用いられている熱
電子銃を用いた装置に比べ特に微細な線を高速描画する
ことができる。しかし、電界放射陰極にはエミッション
(Emission)が安定であっても、FEノイズと
呼ばれる10KHzにもおよぶ高周波ノイズの変動(ド
リフト)があり、このFEノイズのドリフトが大きいと
描画領域を均一に露光しようとしても、レジスト内に蓄
積される電荷が場所によって異なりドーズむらが生じる
問題があった。
すると、100MHzにもおよぶ高速でビームを偏向し
、細く絞られたビームを制御してLSI回路領域を精度
良く露光するため、電子銃として電界放射陰極を用いた
電界放射電子銃を搭載すると、等倍の光学系で400
A / aJの高電流密度のビーム径0.1μm以下の
微小ビームを得てかつ、偏向収差が小さく偏向領域を拡
くすることができる。このため、従来用いられている熱
電子銃を用いた装置に比べ特に微細な線を高速描画する
ことができる。しかし、電界放射陰極にはエミッション
(Emission)が安定であっても、FEノイズと
呼ばれる10KHzにもおよぶ高周波ノイズの変動(ド
リフト)があり、このFEノイズのドリフトが大きいと
描画領域を均一に露光しようとしても、レジスト内に蓄
積される電荷が場所によって異なりドーズむらが生じる
問題があった。
一方、レジスト膜減り量はドーズ量に関係するため、こ
のような陰極では一定線幅の描画を高速で行なうことが
困難になり、描画装置におけるメモリーなどのデバイス
製作の歩留が悪くなったり、高精度の製作が困難になる
。
のような陰極では一定線幅の描画を高速で行なうことが
困難になり、描画装置におけるメモリーなどのデバイス
製作の歩留が悪くなったり、高精度の製作が困難になる
。
本発明の目的は、熱電界放射陰極のFEノイズを低減し
た放射状態を、長期間に渡って変化せずドリフトを少な
く維持できる熱電界放射陰極を有する電子銃を提供する
ことにある。
た放射状態を、長期間に渡って変化せずドリフトを少な
く維持できる熱電界放射陰極を有する電子銃を提供する
ことにある。
本発明は、上記の問題点を解決するため、熱電界放射陰
極のチップの形状を実験的に解析したところ、その陰極
のチップ先端の曲率半径を従来より大きくすることによ
り放射電流密度の変動を著しく少なくするようにした。
極のチップの形状を実験的に解析したところ、その陰極
のチップ先端の曲率半径を従来より大きくすることによ
り放射電流密度の変動を著しく少なくするようにした。
就中T i / Wチップの場合については、曲率半径
を0.2μ以上に構成すると良いことが判った。
を0.2μ以上に構成すると良いことが判った。
曲率半径rは、サブミクロンオーダーの極めて小さい実
測困難な点に鑑み、電界Fが一定のもとでは、引出電圧
Vと曲率半径rとは比例関係にあることを利用して、本
発明においては、一定放射電流における引出電圧Vと放
射電流密度の変動により生ずるFEノイズの関係を測定
した。
測困難な点に鑑み、電界Fが一定のもとでは、引出電圧
Vと曲率半径rとは比例関係にあることを利用して、本
発明においては、一定放射電流における引出電圧Vと放
射電流密度の変動により生ずるFEノイズの関係を測定
した。
その結果、実用上のFEノイズのドリフトを1%と見て
、1%以内におさえる曲率半径rを引出電圧Vを変えて
測定し、この引出電圧Vから曲率半径rを求めたところ
、T i / Wチップの場合R〉0.2μとすれば良
いことが判った。
、1%以内におさえる曲率半径rを引出電圧Vを変えて
測定し、この引出電圧Vから曲率半径rを求めたところ
、T i / Wチップの場合R〉0.2μとすれば良
いことが判った。
以下、本発明における電子銃の構造を実験的に求める装
置の一実施例を第1図により説明する。
置の一実施例を第1図により説明する。
電子銃真空チャンバー1にはイオンポンプ2を取付け、
ベーキングなどによるチャンバーの徹底した脱ガスによ
り、真空度を0.2X10−7Pa以下にした。また、
電子銃チャンバー1には銀パイブ3を取付はヒータを入
れ@U!A4で銀パイプ3を加熱することによって、空
気中の酸素を電子銃チャンバー1内に導入できるように
した。さらに、電子銃チャンバー1には、陰極としてT
i / Wチップ5を装着し、パトラ−タイプの静電
レンズ6からなる電子銃を構成した。
ベーキングなどによるチャンバーの徹底した脱ガスによ
り、真空度を0.2X10−7Pa以下にした。また、
電子銃チャンバー1には銀パイブ3を取付はヒータを入
れ@U!A4で銀パイプ3を加熱することによって、空
気中の酸素を電子銃チャンバー1内に導入できるように
した。さらに、電子銃チャンバー1には、陰極としてT
i / Wチップ5を装着し、パトラ−タイプの静電
レンズ6からなる電子銃を構成した。
T i / Wチップは、フィラメント電源7により1
300℃に加熱、引出電源8.加熱電源9によりエミッ
ション制御した。Ti/Wチップの曲率半径は、チップ
に強い一定の電界Fを加えたまま加熱すると特定の面が
盛り上がるが(各面の前曲率半径の小さい面が盛り上が
る)逆に、電界Fを除いてこのチップを加熱すると、も
との前曲率半径、さらには、曲率半径が大きくなること
を利用して制御した。
300℃に加熱、引出電源8.加熱電源9によりエミッ
ション制御した。Ti/Wチップの曲率半径は、チップ
に強い一定の電界Fを加えたまま加熱すると特定の面が
盛り上がるが(各面の前曲率半径の小さい面が盛り上が
る)逆に、電界Fを除いてこのチップを加熱すると、も
との前曲率半径、さらには、曲率半径が大きくなること
を利用して制御した。
T i / Wチップ5からの放射電流10は、静電レ
ンズ6により制限され、下流でファラデーケージ状のビ
ームモニタ12で放射電流11を検出した。検出電流1
1は、ハーメを通し真空外に導びかれ、高速増幅器13
で30に七以上の帯域、増巾率X107倍に増幅、10
M1kのオシロスコープ14に表示し、結果を定期的に
写真に撮り、長期間放射電流のFEノイズ経時変化を測
定した。
ンズ6により制限され、下流でファラデーケージ状のビ
ームモニタ12で放射電流11を検出した。検出電流1
1は、ハーメを通し真空外に導びかれ、高速増幅器13
で30に七以上の帯域、増巾率X107倍に増幅、10
M1kのオシロスコープ14に表示し、結果を定期的に
写真に撮り、長期間放射電流のFEノイズ経時変化を測
定した。
(低く制御したFEノイズの維持寿命を調へた。)Ti
/Wチップ5からの放射電流100μAを得るのに必要
な引出電圧が異なる複数の陰極を実験素材として用い、
引出電圧とFEノイズの関係について調べた。FEノイ
ズそのものを5%にした場合の測定結果を第5図に示す
。ただし結果は、増幅帯域33.KHz、増幅率×10
7倍で増幅後。
/Wチップ5からの放射電流100μAを得るのに必要
な引出電圧が異なる複数の陰極を実験素材として用い、
引出電圧とFEノイズの関係について調べた。FEノイ
ズそのものを5%にした場合の測定結果を第5図に示す
。ただし結果は、増幅帯域33.KHz、増幅率×10
7倍で増幅後。
オシロスコープのスキャンスピードの目盛を0.IS/
diνにして写真を撮ったもので、FEノイズの定義は
、上記写真のlQdlv分のゆらぎをピークtoピーク
(Δ工)で測定しレベル(I)で割つΔ I て□とした0本発明はこのようなFEノイズの工 例えば5%のドリフトを問題にしている。
diνにして写真を撮ったもので、FEノイズの定義は
、上記写真のlQdlv分のゆらぎをピークtoピーク
(Δ工)で測定しレベル(I)で割つΔ I て□とした0本発明はこのようなFEノイズの工 例えば5%のドリフトを問題にしている。
FEノイズを5%に低く制御した初期状態から、ドリフ
トして1%増加するのに要する時間をFEノイズ増加率
とし、そのFEノイズの変化を縦軸、引出電圧を横軸と
して測定した結果を第3図に示す。
トして1%増加するのに要する時間をFEノイズ増加率
とし、そのFEノイズの変化を縦軸、引出電圧を横軸と
して測定した結果を第3図に示す。
ところで、半導体ウェハを描画する電子線描画装置等に
おいては、FEノイズの補正が困難であること、装置稼
動率を高めるには2週間(2W)以上の連続運転が必要
であり、又、FEノイズの低減処理に伴なう軸調整やさ
らには描画調整が必要である。このためできるだけ長い
期間低FEノイズ状態を維持できなければならないこと
等から、高安定、高精度、高稼動率を達成するには、実
用上FEノイズの増加率1%/2Wでなければならない
。
おいては、FEノイズの補正が困難であること、装置稼
動率を高めるには2週間(2W)以上の連続運転が必要
であり、又、FEノイズの低減処理に伴なう軸調整やさ
らには描画調整が必要である。このためできるだけ長い
期間低FEノイズ状態を維持できなければならないこと
等から、高安定、高精度、高稼動率を達成するには、実
用上FEノイズの増加率1%/2Wでなければならない
。
第3図の結果から、2週間に渡ってFEノイズの増加率
1%/、2Wを得るには、放射電流100μAを得る引
出電圧が約5 (5,6〜5)kV以上のチップにより
得られることが判る。更に、4週間に渡ってFEノイズ
の増加率1%/4Wを得るには、実験結果を外挿すると
6kV以上になることが判る。
1%/、2Wを得るには、放射電流100μAを得る引
出電圧が約5 (5,6〜5)kV以上のチップにより
得られることが判る。更に、4週間に渡ってFEノイズ
の増加率1%/4Wを得るには、実験結果を外挿すると
6kV以上になることが判る。
一方、電界Fは次式で近似されることを利用しで、チッ
プの曲率半径を求める。
プの曲率半径を求める。
ただし、r:曲率半径、d:tipミルアノ−距前玉式
からr<d 、 r>1000人なら形状因子βは、 となる。式1から電界4〜5X107V/■のとき、真
空障壁の厚さが10人になり電界放射状態を得る。
からr<d 、 r>1000人なら形状因子βは、 となる。式1から電界4〜5X107V/■のとき、真
空障壁の厚さが10人になり電界放射状態を得る。
そこで、仕事関数φを一定、電界F=5XIQ’V/■
の陰極曲率半径rを式(1)、 (2)、 (3)、
(4)より求めると各引出電圧に対し次のごとくなる。
の陰極曲率半径rを式(1)、 (2)、 (3)、
(4)より求めると各引出電圧に対し次のごとくなる。
である。従って、前述したFEノイズの増加を1%/2
Wにおさえるのは、第3図より5.4kV以上の引出し
電圧であり、チップ曲率半径rは約r=2000Å以上
のチップであることが判る。
Wにおさえるのは、第3図より5.4kV以上の引出し
電圧であり、チップ曲率半径rは約r=2000Å以上
のチップであることが判る。
以上のごとく実験結果から本実施例における熱電界放射
陰極のチップとしては曲率半径2000Å以上のチップ
を用いると、FEノイズのドリフトが少ないので高稼動
、安定な描画装置を得ることができた。
陰極のチップとしては曲率半径2000Å以上のチップ
を用いると、FEノイズのドリフトが少ないので高稼動
、安定な描画装置を得ることができた。
尚、上述の熱電界放射陰極は、T i / Wチップを
用いた。これは、Z i / Wチップ等に比し、構造
が単純であり、使い易いメリットがあると共に上述のご
とき長期間のFEノイズのドリフトが安定であり、Z
i / Wチップでは望めない優れた特性をもつことを
認識した為である。
用いた。これは、Z i / Wチップ等に比し、構造
が単純であり、使い易いメリットがあると共に上述のご
とき長期間のFEノイズのドリフトが安定であり、Z
i / Wチップでは望めない優れた特性をもつことを
認識した為である。
本発明によればチップ尖端の曲率半径を2000Å以上
に大きくすることによってFEノイズの経時変化を小さ
く抑えることに成功した。
に大きくすることによってFEノイズの経時変化を小さ
く抑えることに成功した。
第1図は本発明の電子銃を備えた電子線描画装置の1実
施例、第2図は本発明の電子銃の特性の測定結果を示す
図、第3図は本発明で問題とするFEノイズの1例を示
す図である。
施例、第2図は本発明の電子銃の特性の測定結果を示す
図、第3図は本発明で問題とするFEノイズの1例を示
す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、Ti/Wチップを有する熱電界放射陰極と、該陰極
に対向配置され引出電圧および加速電圧が印加される第
1および第2の陽極とを有する電子銃において、前記T
i/Wチップの先端の曲率半径を2000Å以上に構成
したことを特徴とする熱電界放射電子銃。 2、前記陰極から引出される電子線によりウエハを描画
することを特徴とする請求項第1項記載の熱電界放射電
子銃。 3、前記引出電圧は、5kV以上で使用する請求項第1
項記載の熱電界放射電子銃。 4、前記陰極から引出される電子線によりウェハを描画
することを特徴とする請求項第3項記載の熱電界放射電
子銃。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1268645A JPH03133022A (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | 熱電界放射電子銃 |
| US07/593,742 US5059792A (en) | 1989-10-16 | 1990-10-05 | Thermal field emission electron gun |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1268645A JPH03133022A (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | 熱電界放射電子銃 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03133022A true JPH03133022A (ja) | 1991-06-06 |
Family
ID=17461428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1268645A Pending JPH03133022A (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | 熱電界放射電子銃 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5059792A (ja) |
| JP (1) | JPH03133022A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6239538B1 (en) | 1997-09-17 | 2001-05-29 | Nec Corporation | Field emitter |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7573046B1 (en) | 2007-03-26 | 2009-08-11 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Thermal field emission electron gun with reduced arcing |
| CN103268849A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-28 | 江苏达胜加速器制造有限公司 | 一种用于工业电子辐照加速器的电子枪 |
| CN105140091B (zh) * | 2015-07-27 | 2017-05-31 | 北京中科科仪股份有限公司 | 一种场发射电子枪烘烤装置和一种电子枪室的烘烤方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5516321A (en) * | 1978-07-21 | 1980-02-05 | Hitachi Ltd | Electrostatic radiant type electronic gun |
| JPS5679828A (en) * | 1979-12-05 | 1981-06-30 | Toshiba Corp | Electron gun |
| EP0204297B1 (en) * | 1985-06-04 | 1991-01-23 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Charged particle emission source structure |
| US4663525A (en) * | 1985-07-08 | 1987-05-05 | Nanometrics Incorporated | Method for electron gun alignment in electron microscopes |
| JPS6293848A (ja) * | 1985-10-21 | 1987-04-30 | Hitachi Ltd | 電界放射形走査電子顕微鏡及びその類似装置 |
| US4994711A (en) * | 1989-12-22 | 1991-02-19 | Hughes Aircraft Company | High brightness solid electrolyte ion source |
-
1989
- 1989-10-16 JP JP1268645A patent/JPH03133022A/ja active Pending
-
1990
- 1990-10-05 US US07/593,742 patent/US5059792A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6239538B1 (en) | 1997-09-17 | 2001-05-29 | Nec Corporation | Field emitter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5059792A (en) | 1991-10-22 |
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