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WO2004073010A1 - 電子銃 - Google Patents

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WO2004073010A1
WO2004073010A1 PCT/JP2004/001686 JP2004001686W WO2004073010A1 WO 2004073010 A1 WO2004073010 A1 WO 2004073010A1 JP 2004001686 W JP2004001686 W JP 2004001686W WO 2004073010 A1 WO2004073010 A1 WO 2004073010A1
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WO
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electron gun
cathode
electron
single crystal
group
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Application number
PCT/JP2004/001686
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yoshinori Terui
Ryozo Nonogaki
Seiichi Sakawa
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha filed Critical Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority to EP04711692A priority Critical patent/EP1596418B1/en
Priority to US10/545,808 priority patent/US20060145585A1/en
Priority to JP2005505025A priority patent/JPWO2004073010A1/ja
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Definitions

  • the present invention relates to an electron gun used for an electron beam application device such as a scanning electron microscope, Auger electron spectroscopy, an electron beam exposure machine, and a wafer inspection device, and more particularly to an electron gun suitable for an electron beam exposure machine.
  • a coating layer made of zirconium and oxygen (hereinafter, referred to as a ZrO coating layer) is provided on a needle-shaped cathode of a tungsten single crystal having an axial direction of ⁇ 100>.
  • the work function of the (100) plane of the tungsten single crystal was reduced from 4.5 eV to about 2.8 eV by the ZrO coating layer, and the work function was formed at the tip of the cathode (100). ) Since only the small crystal plane corresponding to the surface becomes the electron emission region, it has the characteristics that an electron beam with higher brightness can be obtained than a conventional hot cathode and has a longer life.
  • the ZrO / W electron gun is composed of tungsten ⁇ 100 which emits an electron beam at a predetermined position of a tungsten filament 3 provided on a conductive terminal 4 fixed to an insulator 5.
  • the needle-shaped cathode 1 in the direction is fixed by welding or the like.
  • Part of the cathode 1 is provided with a source 2 of zirconium and oxygen.
  • the surface of the cathode 1 is covered with a ZrO coating layer.
  • the cathode 1 Since the cathode 1 is energized and heated by the filament 3 and is generally used at a temperature of about 1800 K, the ZrO coating layer on the surface of the cathode 1 evaporates. However, since zirconium and oxygen diffuse from the supply source 2 and are continuously supplied to the surface of the cathode 1, the Zr ⁇ coating layer is maintained as a result.
  • the tip of the cathode 1 of the ZrO / W electron gun is used between the sub-lesser electrode 6 and the extraction electrode 7 (see Fig. 2).
  • a negative high voltage is applied to the cathode 1 with respect to the extraction electrode 7, and a negative voltage of about several hundred volts is applied to the sub-lesser electrode 6 with respect to the cathode 1, so that thermoelectrons from the filament 3 are dissipated. Suppress.
  • the ZrO / W electron gun is used in low-acceleration voltage measurement SEM and inspection equipment because the probe current is stable and the spread of energy is suppressed. Operated at an angular current density of ⁇ 0.2mAZs r.
  • an electron beam exposure apparatus, an Auger spectroscopy apparatus, and the like are operated at a high angular current density of about 0.4 mAZsr because throughput is emphasized. In applications where such throughput is important, higher angular current density operation is desired, and operation at an angular current density as high as 1.0 mA / sr may be required.
  • the cathode 1 is made of rare earth hexaboride and the tip is arranged between the sub-lesser electrode 6 and the extraction electrode 7.
  • An electron gun characterized in that it has been proposed see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-325910).
  • the Zr ⁇ / W electron gun has (1) an angular current density of at most 1.0 mA / sr at the time of high angular current density operation, and (2) an extraction voltage applied between the cathode and the extraction electrode at this time.
  • the electric field strength at the tip end is 0.4 to 1. remarkably high as 0 X 1 0 9 V / m , there is a problem that the failure frequency by arc discharge becomes higher.
  • the surface of the electron-emitting portion of the lanthanum boride hot cathode is roughened by ion bombardment, or in the case of remarkable changes in the shape of the electron-emitting portion, ripples appear in the angular distribution of the electron beam, and There is a shortcoming when the uniformity of the material deteriorates. Due to these circumstances, the life of an electron gun using a rare earth hexaboride cathode is only several months.
  • the electron gun consisting of the cathode 1, the sub-lesser electrode 6, and the extraction electrode 7
  • the cathode 1 is made of a rare earth hexaboride and the tip is arranged between the sublesser electrode 6 and the extraction electrode 7, there is a problem that a large amount of surplus current occurs. Disclosure of the invention
  • the present inventor has made various studies in view of the above circumstances, and as a result, has solved the above-mentioned problem, leading to the present invention.
  • the present invention relates to a method in which a single crystal tungsten (or rod) of tungsten or molybdenum is provided with one or more metal elements selected from the group consisting of groups 2A, 3A and 4A of the periodic table.
  • An electron gun comprising a cathode provided with a supply source for diffusion, wherein an end of the cathode has a truncated cone shape, and a total cone angle of the truncated cone portion is 25 ° or more and 95 ° or more. ° or less, and the diameter of the upper surface is not less than 5 / m and not more than 200 m.
  • the diameter of the upper surface of the truncated cone is preferably 50 or more and 200 xm or less, and the metal element is preferably zirconium or titanium. > The orientation and the direction of the normal to the top surface are preferably 2. Angle difference within.
  • the present invention provides a method for manufacturing a single crystal tungsten (or rod) of tungsten or molybdenum with one or more metal elements selected from the group consisting of groups 2A, 3A and 4A of the periodic table.
  • a method for manufacturing an electron gun including a cathode provided with a supply source for diffusion, wherein a single crystal end is formed into a conical shape by mechanical polishing or electrolytic polishing, and then the conical tip is mechanically polished or focused.
  • a method for manufacturing an electron gun characterized in that the electron gun is formed in a truncated conical shape by removing a plane with a gallium bump.
  • the formation of the truncated cone with the focused gallium ion beam is preferably performed in a xenon difluoride gas atmosphere. .
  • FIGURES Figure 1 Structure of the ZrO ZW electron gun.
  • Figure 2 Configuration diagram of the evaluation device for electron emission characteristics.
  • Figure 3 Enlarged view of the cathode.
  • the end of the tungsten or molybdenum single crystal ⁇ 100> -oriented rod-shaped cathode 1 may be subjected to mechanical polishing or electrolytic polishing. Further, a conical portion 8 is provided, and the apex thereof is polished by a polishing film coated with a diamond abrasive, or the apex is cut off by applying a focused gallium ion beam device to provide a flat portion 9.
  • the processing time can be reduced by introducing xenon difluoride gas.
  • the full angle of the conical portion 8 is not less than 25 ° and not more than 95 °, and the diameter of the flat portion 9 (or the upper surface portion) is 5 to 200 m. Further, it is preferable that the angle between the normal line of the flat electron emission surface formed at the end of the cathode 1 and the 100 ° direction is within 2 °, preferably within 0.5 °.
  • a rod of ⁇ 100> orientation made of tungsten or molybdenum single crystal functions as a cathode, and can be used as a group 2A group (Be, Mg, Ca, Sr,: Ba, etc.) in the periodic table (long period type), 3 A source for diffusing one or more metal elements selected from the group consisting of group A (Sc, Y, lanthanide elements, actinoid elements) and group 4A (Ti, Zr, Hf, etc.) Is provided.
  • group A Sc, Y, lanthanide elements, actinoid elements
  • group 4A Ti, Zr, Hf, etc.
  • a material obtained by pace Bok like mixed with an organic solvent to Kona ⁇ zirconium hydride is applied to a portion of the cathode, 1 X 1 0- 6 To rr about
  • the cathode is heated in an oxygen atmosphere to thermally decompose ZrH 2 and then oxidized to form a source of zirconium and oxygen.
  • This cathode is arranged between the extraction electrode 7 and the sub-lesser electrode 6, and a negative high voltage of several kiloports is applied to the extraction electrode 7 to the cathode 1. Electron emission can be performed by applying a negative voltage of several hundred volts to the cathode 1 and heating the cathode 1 to 1,500 to 1,900 K.
  • the electron gun of the present invention operates at a high angular current density equal to or higher than ImAZsr, has a low total emission current of about several 10 A, and has extremely low surplus current, and thus has high reliability.
  • the electron gun is operated in a vacuum of 1 X 10- 8 To rr, to change the consumable is very small fence characteristics of the cathode by long operation for Tandasu Ten is in the base material is small, Also, the cathode surface is roughened by ion bombardment. It has the characteristic that it can be immediately restored to a smooth surface.
  • a filament 3 made of tungsten was fixed to the conductive terminal 4 brazed to the insulator 5 by spot welding.
  • a conical portion 8 having a full angle of 90 ° was formed at the end of a single crystal tungsten tip with a 100 ° orientation using a diamond paste and a polishing machine, and the vertex of the conical portion was coated with a diamond abrasive.
  • the flat portion 9 having a diameter of 100 was formed by polishing with a polishing film. This rod was attached to the filament by spot welding. This rod functions as cathode 1.
  • the zirconium hydride was pulverized, mixed with isoamyl acetate to form a paste, and applied to a part of the cathode 1. After evaporation of the isoamyl acetate, it was introduced into the apparatus shown in Fig. 2.
  • the tip of the cathode 1 is arranged between the sublesser electrode 6 and the extraction electrode 7.
  • the distance between the tip of the cathode 1 and the suppressor electrode 6 is 0.15 mm
  • the distance between the suppressor electrode 6 and the extraction electrode 7 is 0.8 mm
  • the hole diameter of the extraction electrode 7 is 0.8 mm
  • the filament 3 is connected to a filament heating power supply 16, further connected to a high voltage power supply 15, and a negative high voltage, that is, a extraction voltage Vex is applied to the extraction electrode 7.
  • the sub-lesser electrode 6 is connected to a bias power supply 14, and a negative voltage and a bias voltage Vb are further applied to the cathode 1 and the filament 3. Thereby, the radiated thermal electrons from the filament 3 are blocked.
  • the total emission current It from the electron source is measured by an ammeter 17 placed between the high voltage power supply 15 and ground.
  • the electron beam (emitted electron beam) 18 emitted from the tip of the cathode 1 passes through the hole of the extraction electrode 7 and reaches the fluorescent screen 10.
  • An aperture 11 (small hole) is provided at the center of the fluorescent plate 10, and the probe current I p that has passed through and reached the cup-shaped electrode 12 is measured by the microammeter 13.
  • the solid angle calculated from the distance between the aperture 11 and the tip of the cathode 1 and the inner diameter of the aperture 11 is ⁇ , the angular current density is I ⁇ / ⁇ .
  • Fig. 4 shows an example of measurement of the extraction voltage at 1700K-angular current density, extraction voltage-total radiation current.
  • the electron emission characteristics were measured in the same manner as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-325910 using a lanthanum hexaboride single crystal cathode of the 100> did.
  • the cone angle of the cathode is 60 °.
  • the diameter of the flat part is 5.
  • the electron gun of the present invention operates at almost the same angular current density as that of the comparative example, and the total radiation current at that time is at least one digit smaller than that of the comparative example, and has high reliability.
  • the conventional ZrO / W electron gun has an operating angular current density of only 1 mA / sr
  • the electron gun of the present invention operates as high as 3-5 mA / sr at a low extraction voltage of 1 kV. It has the characteristic that a radiation current with an angular current density can be obtained, and is useful as many electron sources, including electron sources for electron exposure.
  • an electron gun having the above characteristics can be provided with high reproducibility and at a low cost, which is industrially very useful.

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Description

明細 ^ 電子銃 技術分野
本発明は、 走査型電子顕微鏡、 ォージェ電子分光、 電子線露光機、 ゥェ ハ検査装置などの電子線応用機器に用いられる電子銃、 ことに電子線露光 機用に好適な電子銃に関する。 背景技術
近年、 熱陰極よりも長寿命でより高輝度の電子ビームを得るために、 夕 ングステン単結晶の針状電極にジルコニウムと酸素との被覆層を設けたと いわれる陰極を用いた電子銃が用いられている （以下、 Z r OZW電子銃 と記す） （D. T u g 1 e , J . Va c . S c i . T e c h n o 1. 1 6， 1 699 ( 1 979) 参照） 。
Z r OZW電子銃は、 軸方位が <1 00〉方位からなるタングステン単 結晶の針状の陰極に、 ジルコニウム及び酸素からなる被覆層 （以下、 Z r O被覆層という） が設けられる。 該 Z r O被覆層によってタングステン単 結晶の （ 1 00) 面の仕事関数は、 4. 5 eVから約 2. 8 e Vに低下さ せられ、 前記陰極の先端部に形成された （1 00) 面に相当する微小な結 晶面のみが電子放出領域となるので、 従来の熱陰極よりも高輝度の電子ビ ームが得られ、 しかも長寿命であるという特徴を有する。 また冷電界放射 電子源よりも安定で、 低い真空度でも動作し、 使い易いという特徴を有し ている （M. J . F r an s e n, "On t h e E l e c t r o n— Op t i c a l P r o p e r t i e s o f t h e Z r O/W S c h o t t k y E l e c t r o n Em i t t e r" , ADVANC E S I N I MAG I NG AND ELECTRON PHYS I C S, VOL. I l l , p 9 1 - 1 66 , 1 999 b y A c a d e m i c P r e s s. 参照） 。
Z r O/W電子銃は、 図 1に示すように、 絶縁碍子 5に固定された導電 端子 4に設けられたタングステン製のフィラメント 3の所定の位置に電子 ビームを放射するタングステンの <1 00>方位の針状の陰極 1が溶接等 により固着されている。 陰極 1の一部には、 ジルコニウムと酸素の供給源 2が設けられている。 図示していないが陰極 1の表面は Z r O被覆層で覆 われている。
陰極 1はフィラメント 3により通電加熱されて一般に 1 800 K程度の 温度下で使用されるので、 陰極 1の表面の Z r O被覆層は蒸発する。 しか し、 供給源 2よりジルコニウム及び酸素が拡散することにより、 陰極 1の 表面に連続的に供給されるので、 結果的に Z r〇被覆層が維持される。
Z r O/W電子銃の陰極 1の先端部はサブレッサ一電極 6と引き出し電 極 7の間に配置され使用される （図 2参照） 。 陰極 1には引き出し電極 7 に対して負の高電圧が印加され、 更にサブレッサー電極 6には陰極 1に対 して数百ポルト程度の負の電圧が印加され、 フィラメント 3からの熱電子 を抑制する。
Z r O/W電子銃は低加速電圧で用いられる測長 S EMやゥヱハ検査装 置においては、 プロ一ブ電流が安定していて且つエネルギ一幅の拡がりが 抑えられるという理由で 0. 1〜0. 2mAZs rの角電流密度で動作さ れる。
' 一方、 電子線露光装置、 及びォ一ジェ分光装置等においては、 スループ ットが重視されるために 0. 4mAZs r程度の高い角電流密度で動作さ れる。 このようなスループットを重視する用途では、 更に高い角電流密度 動作が望まれ、 1. 0mA/ s rもの高い角電流密度での動作が要求され ることがある。
しかしながら、 Z r OZW電子銃においては、 （1) 高角電流密度動作 時に高々 1. OmAZs r程度の角電流密度が上限である、 （2) この時、 陰極と引き出し電極間に印加される引き出し電圧が 4 kV以上と大きく、 チップ先端での電界強度が 0. 4〜1. 0 X 1 09 VZmと著しく高くなり、 アーク放電による故障頻度が高くなる （D. W. Tu g g l e、 J . V a c . S c i . Te c hn o 1. B 3 (1) ， p 220 (1 985)参照）。 この欠点を解決するために陰極 1とサブレッサー電極 6と引き出し電極 7からなら電子銃において、 該陰極 1が希土類六ほう化物からなり先端が サブレッサー電極 6と引き出し電極 7との間に配置されることを特徴とす る電子銃が提案されている （特開 200 1— 3259 10号公報参照） 。
Z r〇/W電子銃は （ 1 ) 高角電流密度動作時に高々 1. 0 mA/ s r 程度の角電流密度が上限である、 （2) この時、 陰極と引き出し電極間に 印加される引き出し電圧が 4 kV以上と大きく、 チップ先端での電界強度 が 0. 4〜1. 0 X 1 09V/mと著しく高くなり、 アーク放電による故障 頻度が高くなるといった問題点がある。
これらを解決する希土類六ほう化物陰極を用いた電子銃では、 六ほうィ匕 物が真空中で残留酸素と反応して酸化消耗するなどして電子放射部の形状 が変わるなどして、 動作時間と共に特性が変化する欠点がある （P. R. D a v i s , J . Va c. S c i . Te c hn o 1 , B 4 (1) 、 p 1 1 2 ( 1 986) 、 H. H a g i wa r a, S CANN I NG ELECT RON M I CROS COPE, I I， p 473 ( 1 982) , S EM I n c . 参照） 。
また、 ほう化ランタン熱陰極はイオン衝撃により電子放射部表面が荒れ たり、 顕著な場合には電子放射部の形状が変化して、 電子ビームの角度分 布にリップルが現れ、 電子ビーム照射面での均一性が劣化するといつた欠 点がある。 これらの事情により、 希土類六ほう化物陰極を用いた電子銃の 寿命は数ケ月程度である。
また、 陰極 1とサブレッサー電極 6と引き出し電極 7からなる電子銃に おいて、 該陰極 1が希土類六ほう化物からなり先端がサブレッサ一電極 6 と引き出し電極 7との間に配置されることを特徴とする電子銃においては、 余剰電流が多いという問題点がある。 発明の開示
本発明者は、 上記の事情に鑑みていろいろ検討した結果、 前記課題を解 決して本発明に至ったものである。
即ち、 本発明は、 タングステン又はモリブデンの単結晶二一ドル （又は ロッド） に、 周期律表の 2 A族、 3 A族及び 4 A族からなる群から選ばれ る 1種以上の金属元素を拡散させるための供給源を設けてなる陰極を具備 する電子銃であって、 前記陰極の端部が円錐台形状を有し、 しかも前記円 錐台形状部分の円錐全角が 2 5 ° 以上 9 5 ° 以下であり、上面の直径が 5 / m以上 2 0 0 m以下であることを特徴とする電子銃にある。 本発明の電 子銃では、 円錐台の上面の直径が好ましくは 5 0 以上 2 0 0 x m以下 であり、 金属元素が好ましくはジルコニウムまたはチタンであり、 陰極を 構成する単結晶のぐ 1 0 0 >方位と、 前記上面の法線の向きとが、 好まし くは、 2。 以内の角度差にある。
また、 本発明は、 タングステン又はモリブデンの単結晶二一ドル （又は ロッド） に、 周期律表の 2 A族、 3 A族及び 4 A族からなる群から選ばれ る 1種以上の金属元素を拡散させるための供給源を設けてなる陰極を具備 する電子銃の製造方法であって、 単結晶端部を機械研磨または電解研磨に より円錐状に形成した後、 円錐先端部を機械研磨または集束ガリウムィォ ンピ一ムにより平面的に削除し円錐台状に形成することを特徴とする電子 銃の製造方法にある。 本発明の電子銃の製造方法では、 集束ガリウムィォ ンビームによる円錐台状への形成は、 好ましくは、 二フッ化キセノンガス 雰囲気中で行われる。 .
図面の簡単な説明 図 1 : Z r O ZW電子銃の構造図。
図 2 ： 電子放射特性の評価装置の構成図。
図 3 ： 陰極の拡大図。
図 4 ： 引き出し電圧一角電流密度、 引き出し電圧一全放射電流、 の測 定結果 （実施例 1並びに比較例） 。
符号の説明
1 "
2 ：供給源
3 ： フィラメント
4
5 絶縁碍子
6 サプレッサー電極
7 引き出し電極
8 (円錐台部の） 円錐部
9 ：平坦部 （円錐台部の上面部）
0 ：蛍光板
1 1 アパーチャ一
1 2 力ップ状電極
1 3 プロ一ブ電流測定用微小電流計
1 4
1 5 咼圧電源
1 6 フィラメント加熱電源
1 7 全放射電流測定用電流計
1 8 放射電子線
発明を実施すための最良の形態
本発明の具体的な実施態様としては、 タングステンまたはモリブデン単 結晶 < 1 0 0 >方位のロッド状陰極 1の端部に機械研磨または電解研磨に よりに円錐部 8を設け、 更にその頂点をダイヤモンド研磨剤を被覆した研 磨フィルムにより研磨する或いは集束ガリゥムイオンビーム装置を適用し て頂点を切断し平坦部 9を設けるものである。
本発明に於いて、 集束ガリゥムイオンビームで加工する際にニフッ化キ セノンガスを導入すると加工時間を短縮することが可能である。 また、 円 錐部 8の全角は 25° 以上 95° 以下で、 平坦部 9 (又は上面部分） の直径 は 5〜200 mである。 更に、 陰極 1の端部に形成された平坦な電子放 射面の法線はぐ 100>方位と 2° 以内、好ましくは 0. 5° 以内の角度差 に収められることが好ましい。
タングステンまたはモリブデン単結晶からなる < 1 00>方位のロッド は陰極として機能し、 周期律表 （長周期型） の 2A族 （B e、 Mg、 C a、 S r、 ： B aなど） 、 3 A族 （S c、 Y、 ラン夕ノィド元素、 ァクチノイド 元素） 及び 4 A族 （T i、 Z r、 H f など） からなる群から選ばれる 1種 以上の金属元素を拡散させるための供給源が設けられる。 Z r一〇の系を 例にとると、 水素化ジルコニウムを粉碎して有機溶剤と混合しペース卜状 にしたものを陰極の一部に塗布して、 1 X 1 0— 6 To r r程度の酸素雰囲 気中で陰極を加熱して Z rH2を熱分解し、 更に酸化してジルコニウムと酸 素の供給源を形成する。
この陰極を引き出し電極 7とサブレッサ一電極 6の間に配置して、 引き 出し電極 7に対して陰極 1に数キロポルトの負の高電圧を印加する。 サブ レッサー電極 6には陰極 1に対して数百ボルトの負の電圧を印加すると共 に陰極 1を 1 500〜1 900 Kに加熱することにより電子放射が行える。 本発明の電子銃は、 ImAZs r以上の高い角電流密度で動作し、 全放 射電流が数 1 0 A程度と低く、 余剰電流が極めて低いため信頼性が高い。 更に、 この電子銃は 1 X 10— 8To r r以下の真空中で動作し、 タンダス テンが母材となっているため長期の動作によっても陰極の消耗が極めて小 さく特性の変化が少ないし、 また、 陰極表面がイオン衝撃により荒らされ ても直ぐに平滑な表面に修復するという特徴を有している。
実施例
(実施例 1、 2、 比較例）
絶縁碍子 5にロウ付けされた導電端子 4にタングステン製のフィラメン ト 3をスポット溶接により固定した。 ぐ 1 0 0 >方位の単結晶タンダステ ンチップの端部にダイヤモンドぺ一ストと研磨盤を用いて全角が 9 0 ° の 円錐部 8を形成し、 更に円錐部の頂点をダイヤモンド研磨剤で被覆した研 磨フィルムで研磨して直径 1 0 0 の平坦部 9を形成した。 このロッド を前記フィラメントにスポット溶接により取り付けた。 このロッドは陰極 1として機能する。
水素化ジルコニウムを粉砕して酢酸イソァミルと混合しペース卜状にし たものを陰極 1の一部に塗布した。 酢酸イソァミルが蒸発した後、 図 2に 示す装置に導入した。
陰極 1の先端はサブレッサ一電極 6と引き出し電極 7との間に配置され る。 尚、 陰極 1の先端とサプレッサ一電極 6の距離は 0 . 1 5 mm、 サプ レッサー電極 6と引き出し電極 7の距離は 0 . 8 mm、 引き出し電極 7の 孔径は 0 . 8 mm、 サプレッサー電極 6の孔径は 0 . 8 mmである。
フィラメント 3はフィラメン卜加熱電源 1 6に接続され、 更に高圧電源 1 5に接続され、 引き出し電極 7に対して負の高電圧、 即ち引き出し電圧 V e xが印加される。 また、 サブレッサ一電極 6はバイアス電源 1 4に接続 され、陰極 1とフィラメント 3に対して更に負の電圧、バイアス電圧 V b、 が印加される。 これによりフィラメント 3からの放射熱電子を遮る。 電子 源からの全放射電流 I tは高圧電源 1 5とアース間に置かれた電流計 1 7 により測定される。 陰極 1の先端から放射した電子ビーム （放射電子線） 1 8は引き出し電極 7の孔を通過して、 蛍光板 1 0に到達する。 蛍光板 1 0の中央にはアパーチャ一 1 1 (小孔） が有り、 通過してカップ状電極 1 2に到達したプローブ電流 I pは微小電流計 1 3により測定される。 なおァ パーチヤ一 1 1と陰極 1の先端との距離とアパーチャ一 1 1の内径から算 出される立体角を ωとすると角電流密度は I ρ/ωとなる。
続いて装置内を 3 X 1 0— 10To r r (4X 1 0— 8P a)の超高真空中と してフィラメント 3に通電して陰極 1を 1 800 Kに加熱し、 Z rH2を熱 分解して金属ジルコニウムとした。 更に酸素ガスを導入して装置内を 3 X 10— 6To r r (4X 10— 4P a) として金属ジルコニウムを酸化し、 ジル コニゥムと酸素の供給源を形成した。
再度装置内を 3 X 10— 1 ()To r r (4X 10— 8P a)の超髙真空中とし て陰極を 1 700 Kまたは 1 800 Kに維持したままサブレッサーにバイ ァス電圧 Vb= 300 Vの電圧を印加して、続いて引き出し電圧 Vex= l k Vの高電圧を印加して数時間保持し、 放射電流が安定したところで全放射 電流 I tとプローブ電流 I pを測定し、 角電流密度を算出した。
結果を表 1に、 また、 1 700 K時の引き出し電圧—角電流密度、 引き 出し電圧一全放射電流、 の測定例を図 4に示す。 尚、 併せてぐ 1 00>方 位の六ほう化ランタン単結晶陰極を用いて特開 200 1— 3259 1 0号 公報に開示されるのと同じ方法で電子放射特性を測定して比較例とした。 陰極の円錐角は 60° 。 平坦部の直径は 5 である。
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本発明の電子銃は、 比較例とほぼ同程度の角電流密度で動作し、 その時 の全放射電流は比較例に比べ一桁以上小さく、 高い信頼性を有することが 明らかである。 また、 従来の Z r O /W電子銃がたかだか 1 mA/ s rの 動作角電流密度なのに対して、 本発明の電子銃は 1 k Vの低い引き出し電 圧で 3— 5 mA/ s rという高い動作角電流密度の放射電流が得られる特 徵があり、 電子露光用電子源を始め多くの電子源として有用である。
また、 本発明の電子銃の製造方法に拠れば、 前記特徴のある電子銃を、 再現性高く従って安価に提供することができるので、 産業上非常に有用で ある。

Claims

請求の範囲
1 . タングステン又はモリブデンの単結晶ニードルに、 周期律表の 2 A族、 3 A族及び 4 A族からなる群から選ばれる 1種以上の金属元素を拡散させ るための供給源を設けてなる陰極を具備する電子銃であって、'前記陰極の 端部が円錐台形状を有し、 しかも前記円錐 形状部分の円錐全角が 2 5 ° 以上 9 5 ° 以下であり、上面の直径が 5 x m以上 2 0 0 m以下であること を特徴とする電子銃。
2 . 円錐台の上面の直径が 5 0 m以上 2 0 0 x m以下であることを特 徴とする請求項 1に記載の電子銃。
3 . 金属元素がジルコニウムまたはチタンであることを特徴とする請求 項 1又は 2に記載の電子銃。
4. 陰極を構成する単結晶の < 1 0 0 >方位と、 前記上面の法線の向きと が、 2 ° 以内の角度差であることを特徴とする請求項 1、 2又は 3に記載の 電子銃。
5 . タングステン又は^:リブデンの単結晶ニードルに、 周期律表の 2 A族、 3 A族及び 4 A族からなる群から選ばれる 1種以上の金属元素を拡散させ るための供給源を設けてなる陰極を具備する電子銃の製造方法であって、 単結晶端部を機械研磨または電解研磨により円錐状に形成した後、 円錐先 端部を機械研磨または集束ガリウムイオンビームにより平面的に削除し円 錐台状に形成することを特徴とする電子銃の製造方法。
6 . 二フッ化キセノンガス雰囲気中にて、 集束ガリウムイオンビームによ り円錐台状に形成することを特徴とする請求項 5に記載の電子銃の製造方 法。
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