[发明专利]电子枪装置

说明书

电子枪装置在真空中加热至高温而发射电子线。发射电子线的材料(108、125)的表面为高温工作时融解为液体的氢化金属，液体的氢化金属，作为氢化后的液体金属或未氢化的液体金属容纳于在高温工作时为固体的中空的套管容器(102、124)，与套管容器(102、124)一同加热至高温，氢化后的液体金属从套管容器(102、124)露出，形成重力、电场以及液面的表面张力相互平衡的液面，从该露出的氢化后的液体金属表面发射电子线。

技术领域

本发明涉及一种用于电子束描绘装置、X射线生成器、电子束焊接机、电子显微镜等的电子枪装置。

背景技术

电子枪为产生电子束的源，用于以下用途。

1)电子束描绘装置

用于在半导体制造工厂或光曝光装置的掩模制造工厂中在玻璃干板上形成图案。由于没有其他能够产生图案的技术，因此产生电子束的电子枪是必要的。在世界市场上每年约有20台。

2)研究开发用的电子束图案直接描绘装置

用于各种用途下的电子束直接描绘。用于半导体试制和微型MEMS试制。每年约有几百台。在此，MEMS是意为“微电子机械系统”的“Micro Electro Mechanical Systems”这一英文的简称，是指半导体的硅基板、玻璃基板、有机材料等具备将机械要素部件的传感器、致动器、电路等集成在一起的具有微米级结构的设备。

3)X射线生成装置

医疗用·工业用的各种X射线生成装置中电子枪是必要的。X射线装置在医院的人体透射成像、CT装置、工业用途中为设备内部构造的实验、行李等的检查等多种领域中使用。

4)电子束焊接机或三维造型装置

在真空内部将材料各异的不同金属接合等用途的精密焊接中使用。另外，近年来，三维造型装置等中使用了电子束。

5)电子显微镜。

用作半导体検査观察用、各种研究开发用的各种电子显微镜的电子枪。装置整体有数千亿日元的市场。不过，认为有可能数百万日元以下的廉价装置无法应用本公开的电子枪装置。

作为电子发射材料(＝电子枪材料)使用了各种物质，常用物质被淘汰至2种：热电子发射钨电子枪和热电子发射LaB₆电子枪。这里，以下将“LaB₆”表述为“LaB6”。

钨电子枪价格便宜每支约1000日元，可以轻松使用，但寿命为1000小时，亮度较低，50kV下为104A/cm²球面度(steradian)。另外，使用温度为约2500℃左右。

LaB6电子枪价格高至每支20万日元至50万日元，亮度较高，50kV下为106A/cm²球面度。然而，该材料根据使用温度不同而蒸发速度不同，在1550℃至1600℃中，1000小时存在几十μm的蒸发损耗，因此，具有越处于高亮度而寿命越短的重大缺点。

在此，作为电子发射材料的LaB6晶体通过使用而被损耗。然后，在已被损耗的情况下，形状变化而无法进行预期的电子线发射。另外，还存在下述问题：如果LaB6晶体成为高温，则LaB6材料的蒸发物堆积于加热用的加热器表面上，加热器的电阻值降低，如果流过相同的加热电流，则LaB6晶体的温度降低。

另外，为了抑制LaB6晶体的侧面产生的蒸发，还提出了利用碳膜或高熔点金属膜形成罩的方法。利用碳膜或高熔点金属膜制成的罩，在电子枪长时间使用后形状也不发生变化而残存，但LaB6晶体的上表面大量损耗而进入罩的内表面。因此，使用开始时从LaB6晶体的前端发射的电子束强度分布的强度较强且中心部的照射均匀性良好，与此相对，长时间使用后LaB6晶体上表面产生的电子线发射分布整体电流变小，电子发射分布的均匀性也由于幅度变窄而劣化。