JPH08236052A - 荷電粒子線装置における荷電粒子源位置調整方法及びその装置 - Google Patents

荷電粒子線装置における荷電粒子源位置調整方法及びその装置

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JPH08236052A
JPH08236052A JP6171195A JP6171195A JPH08236052A JP H08236052 A JPH08236052 A JP H08236052A JP 6171195 A JP6171195 A JP 6171195A JP 6171195 A JP6171195 A JP 6171195A JP H08236052 A JPH08236052 A JP H08236052A
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charged particle
cathode
grid
voltage
particle source
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Tomeo Kato
留夫 加藤
Hiromoto Kawamoto
裕資 川本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気的変量を測定することで荷電粒子源の位
置を調整する方法と、更に、その電気的変量を利用して
荷電粒子源の位置を自動調整したり、モニタからの荷電
粒子源位置設定指令及びモニタでの荷電粒子源からの荷
電粒子線の放出像の観察を併用して半自動的に荷電粒子
源の位置を調整する装置を実現する。 【構成】 カソード１０を通して流れるエミッション電
流Ｉｅが一定になるよう帰還回路２０でグリッド電圧を
制御する装置において、グリッド電圧を測定しながら、
カソードの位置を変化させ、グリッド電圧が最小値を示
した位置を調整位置とする。また、モニタからの位置設
定指令ができ、モータで位置設定し、カソード１０を搭
載する位置可変ステージ２３を設け、グリッド電圧の測
定及びステージ位置設定ができる制御装置２２を設け、
グリッド電圧が最小値を示す位置にカソードを自動調整
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気的変量を測定する
ことで行う荷電粒子線装置における荷電粒子源位置調整
方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４に電子ビームテスタにおける低加速
電圧三極電子銃の原理を図示する。この構成においてカ
ソード（陰極）１０は例えばＬａＢ6 単結晶であり、加
熱されることで熱電子が放出される。放出された電子
は、０Ｖ又は正の電圧が加えられたアノード（陽極）１
２と通常−１０００Ｖの電圧が加えられたカソード１０
との電位差により、カソードからアノード方向に電子ビ
ームとして加速される。ウェネルト電極（グリッド）１
１には、通常−１５００Ｖの電圧が加えられており、カ
ソードから出力する電子ビーム量を抑制する作用があ
り、この電圧を変化させることでアノード１２の方向に
流れる電子ビーム量を制御することができる。
【０００３】ところで、カソード１０の位置と、アノー
ドの中心部に設けられた、例えば直径５０μｍの開口部
の位置を機械的に固定して合わせ、カソード１０で発生
した電子ビームをアノード１２の小さな開口部を通して
被試験デバイスに到達させるのは困難である。このた
め、カソード１０の位置を、電子ビームの放出像を見な
がら、機械的に位置合わせする方法が採られている。実
際には、まず、カソード１０を鏡筒に取り付けるとき、
簡単な冶具などを使って機械的に粗くカソード１０の位
置を調整して取り付け、続いて、鏡筒内の真空引きを行
った後、電子ビームを放出した状態で、カソード１０か
らの電子ビームの放出像を２次電子の放出像を介して観
察しながら、２つのマイクロメータを回し、図５（ｂ）
に示すように、カソード先端の各結晶面と先端の投影像
が対称になり、５つの明るいカソードからの電子放出パ
ターンを得ることで、カソードの位置を調整している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したカソード
の機械的位置調整は、月に２〜３回実行することがあ
り、調整は、鏡筒のカソードの位置にある２つのマイク
ロメータを回すことで行うため、電子ビームテスタの鏡
筒部分を覆っているカバーをはずし調整を実施するため
面倒である。また、カソードを取り付けた直後の場合な
どにおいて、粗調整が良くないと電子ビームの放出像が
まったく見えない場合もあり、調整に時間がかかる欠点
もある。本発明は、電気的変量を測定することで荷電粒
子源の位置を調整する方法と、更に、その電気的変量を
利用して荷電粒子源の位置を自動調整したり、モニタか
らの荷電粒子源位置設定指令及びモニタでの荷電粒子源
からの荷電粒子線の放出像の観察を併用して半自動的に
荷電粒子源の位置を調整する装置を実現することを目的
としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、次のようにしている。 （請求項１及び請求項２において）加速電圧が印加され
たカソード１０と、０Ｖ又は＋電位に保たれたアノード
１２との間にグリッド１１が配置される構造をもち、カ
ソード１０を通して流れるエミッション電流Ｉｅが一定
になるよう帰還回路２０でグリッド電圧を制御する荷電
粒子線装置の荷電粒子源において、グリッド電圧を測定
しながら、カソード１０の位置を変化させ、グリッド電
圧が最小値を示した位置を調整位置とする。また、モニ
タからの位置設定指令ができ、モータで位置設定し、カ
ソード１０を搭載する位置可変ステージ２３を設け、グ
リッド電圧の測定及びステージ位置設定ができる制御装
置２２を設け、グリッド電圧が最小値を示す位置にカソ
ードを自動調整する。
【０００６】（請求項３及び請求項４において）加速電
圧が印加されたカソード１０と、０Ｖ又は＋電位に保た
れたアノード１２との間にグリッド１１が配置される構
造をもち、カソード１０に加える電圧値に対し、グリッ
ド１１に加える電圧値が固定される荷電粒子線装置の荷
電粒子源において、エミッション電流を測定しながら、
カソードの位置を変化させ、エミッション電流が最高値
を示した位置を調整位置とする。また、モニタからの位
置設定指令ができ、モータで位置設定し、カソード１０
を搭載する位置可変ステージ２３を設け、エミッション
電流の測定及びステージ位置設定ができる制御装置３２
を設け、エミッション電流が最高値を示す位置にカソー
ドを自動調整する。
【０００７】（請求項５、請求項６、請求項７及び請求
項８において）加速電圧が印加されたカソード１０と、
０Ｖ又は＋電位に保たれたアノード１２との間にグリッ
ド１１が配置される構造をもち、カソード１０を通して
流れるエミッション電流が、カソード１０とグリッド１
１の間におかれた抵抗ＲV を流れることによって生ずる
電位差を利用してグリッド１１に電圧を加える荷電粒子
線装置の荷電粒子源において、エミッション電流を測定
しながら、カソードの位置を変化させ、エミッション電
流が最高値を示した位置を調整位置とする。また モニ
タからの位置設定指令ができ、モータで位置設定し、カ
ソード１０を搭載する位置可変ステージ２３を設け、エ
ミッション電流の測定及びステージ位置設定ができる制
御装置４２を設け、エミッション電流が最高値を示す位
置にカソードを自動調整する。更に、グリッド電圧を測
定しながら、カソードの位置を変化させ、グリッド電圧
が最小値を示した位置を調整位置とする。また、モニタ
からの位置設定指令ができ、モータで位置設定し、カソ
ード１０を搭載する位置可変ステージ２３を設け、グリ
ッド電圧の測定及びステージ位置指定ができる制御装置
４２を設け、グリッド電圧が最小値を示す位置にカソー
ドを自動調整する。
【０００８】
【作用】上記に示された荷電粒子線装置における荷電粒
子源位置調整においては、荷電粒子源の位置とグリッド
の開口部との位置合わせの状態に応じて変化する電気的
変量、グリッド電圧及びエミッション電流を測定するこ
とで、手動による位置調整ができる。また、これら電気
的変量を測定し、ステージ位置設定ができる制御装置を
設けることで、荷電粒子源の位置調整を自動的に実行す
ることができる。
【０００９】
【実施例】
（実施例１）図１に本発明の一実施例を示す。この実施
例においては、モニタから半固定的に電圧値が設定さ
れ、高圧電源である、加速電源ＶA 、グリッド電源ＶG
及びアノード電源ＶE と、カソードを通して流れるエミ
ッション電流Ｉｅを電位差に変換する抵抗Ｒｅ、モニタ
から半固定的に設定されるエミッション電流Ｉｅがエミ
ッション電流設定値になるようグリッド電圧を制御する
演算増幅器で構成される帰還回路２０と、グリッド電圧
を測定する電圧計Ｖとで構成される。なお、グリッド１
１の中心とアノード１２の中心は、精度よく位置合わせ
されている。
【００１０】カソードから発生する電子ビームの量は、
グリッドの開口部の中心に近ければ近い程多くなる傾向
にある。このため、カソードから発生する電子ビームが
グリッドの中心からずれた位置に到達した場合、エミッ
ション電流は減少する。この時、エミッション電流Ｉｅ
が一定になるように、つまり、グリッドを通過する電子
ビームの量が多くなるよう帰還回路が働き、グリッド電
圧が上がる。カソードから発生する電子ビームがグリッ
ドの中心部に到達した場合、エミッション電流は増加す
る。この時、エミッション電流Ｉｅが一定になるよう
に、つまり、グリッドを通過する電子ビームの量が少な
くなるよう帰還回路が働き、グリッド電圧が下がる。
【００１１】以上の特性を利用し、グリッド電圧を測定
しながら、２つのマイクロメータを回してカソードの位
置を変化させ、グリッド電圧が最小値を示した位置を調
整位置とする。なお、確認のため、５つの明るいカソー
ドからの電子放出パターンの観察をする。また、２つの
マイクロメータに換えて、モニタからの位置設定指令が
でき、モータで位置設定する位置可変ステージ２３を設
け、そのステージにカソードを搭載し、グリッド電圧の
測定及びステージ位置設定ができる制御装置２２を設け
ることで、グリッド電圧が最小値を示す位置にカソード
を自動調整することができる。この場合においても、確
認のため、５つの明るいカソードからの電子放出パター
ンの観察をモニタ上で行うことができる他、カソードの
位置の微調整をモニタからの位置設定指令で行うことが
できる。
【００１２】（実施例２）図２に本発明の別の実施例を
示す。この実施例においては、モニタから半固定的に電
圧値が設定され、高圧電源である、加速電源ＶA 、グリ
ッド電源ＶBIAS、及びアノード電源ＶE と、カソードを
通して加速電源ＶA に流れるエミッション電流Ｉｅを測
定する電流計Ａで構成される。なお、グリッド１１の中
心とアノード１２の中心は、精度良く位置合わせされて
いる。
【００１３】カソードから発生する電子ビームの量は、
グリッドの開口部の中心に近ければ近い程多くなる傾向
にある。このため、カソードから発生する電子ビームが
グリッドの中心からずれた位置に到達した場合、エミッ
ション電流は減少する。この場合グリッド電圧が一定で
あるため、カソードを通して加速電源ＶA に流れるエミ
ッション電流Ｉｅが減少し、電流計Ａでそのエミッショ
ン電流Ｉｅを測定することができる。カソードから発生
する電子ビームがグリッドの中心部に到達した場合、エ
ミッション電流は増加する。この場合グリッド電圧が一
定であるため、カソードを通して加速電源ＶA に流れる
エミッション電流Ｉｅが増加し、電流計Ａでそのエミッ
ション電流Ｉｅを測定することができる。
【００１４】以上の特性を利用し、エミッション電流を
測定しながら、２つのマイクロメータを回してカソード
の位置を変化させ、エミッション電流が最高値を示した
位置を調整位置とする。なお、確認のため、５つの明る
いカソードからの電子放出パターンの観察をする。ま
た、２つのマイクロメータに換えて、モニタからの位置
設定指令ができ、モータで位置設定する位置可変ステー
ジ２３を設け、そのステージにカソードを搭載し、エミ
ッション電流の測定及びステージ位置設定ができる制御
装置３２を設けることで、エミッション電流が最高値を
示す位置にカソードを自動調整することができる。この
場合においても、確認のため、５つの明るいカソードか
らの電子放出パターンの観察をモニタ上で行うことがで
きる他、カソードの位置の微調整をモニタからの位置設
定指令で行うことができる。
【００１５】（実施例３）図３に本発明のもう１つ別の
実施例を示す。この実施例においては、モニタから半固
定的に電圧値が設定され、高圧電源である、アノード電
源ＶE と、カソードとグリッド間に挿入し、両端に発生
する電位差をグリッドに供給する可変抵抗ＲV と、カソ
ードに与える電圧を一定にするため、カソードの電圧が
加速電圧設定値になるよう、加速電源ＶA を制御する演
算増幅器で構成される帰還回路４０と、カソードを通し
て加速電源ＶA に流れるエミッション電流Ｉｅを測定す
る電流計Ａと、グリッド電圧を測定する電圧計Ｖとで構
成される。なお、グリッド１１の中心とアノード１２の
中心は、精度よく位置合わせされている。
【００１６】カソードから発生する電子ビームの量は、
グリッドの開口部の中心に近ければ近い程多くなる傾向
にある。このため、カソードから発生する電子ビームが
グリッドの中心からずれた位置に到達した場合、エミッ
ション電流は減少する。エミッション電流が減少すると
可変抵抗ＲV による電位降下が小さくなり、グリッドの
電位の下がりが小さく、グリッドを通過する電子ビーム
の量が大きくなるように働く。結局、バランスのとれた
値にエミッション電流が減少した状態で安定する。カソ
ードから発生する電子ビームがグリッドの中心部に到達
した場合、エミッション電流は増加する。エミッション
電流が増加すると可変抵抗ＲV による電位降下が大きく
なり、グリッドの電位が下がり、グリッドを通過する電
子ビームの量が小さくなるように働く。結局、バランス
のとれた値にエミッション電流が増加した状態で安定す
る。
【００１７】以上の特性を利用し、エミッション電流を
測定しながら、２つのマイクロメータを回してカソード
の位置を変化させ、エミッション電流が最高値を示した
位置を調整位置とする。なお、確認のため、５つの明る
いカソードからの電子放出パターンの観察をする。ま
た、２つのマイクロメータに換えて、モニタからの位置
設定指令ができ、モータで位置設定する位置可変ステー
ジ２３を設け、そのステージにカソードを搭載し、エミ
ッション電流の測定及びステージ位置設定ができる制御
装置４２を設けることで、エミッション電流が最高値を
示す位置にカソードを自動調整することができる。この
場合においても、確認のため、５つの明るいカソードか
らの電子放出パターンの観察をモニタ上で行うことがで
きる他、カソードの位置の微調整をモニタから行うこと
ができる。
【００１８】同じように、グリッド電圧を測定しなが
ら、２つのマイクロメータを回してカソードの位置を変
化させ、グリッド電圧が最小値を示した位置を調整位置
とする。なお、確認のため、５つの明るいカソードから
の電子放出パターンの観察をする。また、２つのマイク
ロメータに換えて、モニタからの位置設定指令ができ、
モータで位置設定する位置可変ステージ２３を設け、そ
のステージにカソードを搭載し、グリッド電圧の測定及
びステージ位置設定ができる制御装置４２を設けること
で、グリッド電圧が最小値を示す位置にカソードを自動
調整することができる。この場合においても、確認のた
め、５つの明るいカソードからの電子放出パターンの観
察をモニタ上で行うことができる他、カソードの位置の
微調整をモニタから行うことができる。
【００１９】以上の実施例については、電子ビームテス
タの電子源を例にして説明したが、荷電粒子線装置にお
ける荷電粒子源位置調整方法及びその装置においても、
同様に、電気的変量を測定することで実現できる。
【００２０】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。つ
まり、荷電粒子源の位置とグリッドの開口部との位置合
わせの状態に応じて変化する電気的変量、グリッド電圧
及びエミッション電流を測定することで、マイクロメー
タによる位置調整が容易にできる。また、これら電気的
変量を測定し、ステージ位置設定ができる制御装置を設
けることで、荷電粒子源の位置調整を自動的に実行する
ことができる。更に、モニタ上で荷電粒子源の位置を設
定でき、その結果得られる荷電粒子源の像をモニタで観
察できるため、両者を併用して、荷電粒子線装置の鏡筒
部で手動操作をすることなく、半自動的に荷電粒子源の
位置を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の別の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の更に別の構成を示す説明図である。
【図４】三極電子銃の構造を示す説明図である。
【図５】カソードからの負の電子ビームの放出像を示す
説明図である。
【符号の説明】
１０ カソード（陰極） １１ ウェネルト電極（グリッド） １２ アノード（陽極） ２０、４０ 帰還回路 ２１、３１、４１ 位置調整構成部 ２２、３２、４２ 制御装置 ２３ 位置可変ステージ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加速電圧が印加されたカソード（１０）
    と、０Ｖ又は＋電位に保たれたアノード（１２）との間
    にグリッド（１１）が配置される構造をもち、カソード
    （１０）を通して流れるエミッション電流Ｉｅが一定に
    なるよう帰還回路（２０）でグリッド電圧を制御する荷
    電粒子線装置の荷電粒子源において、 グリッド電圧を測定しながら、カソード（１０）の位置
    を変化させ、 グリッド電圧が最小値を示した位置を調整位置とする、 ことを特徴とする荷電粒子線装置における荷電粒子源位
    置調整方法。
  2. 【請求項２】 加速電圧が印加されたカソード（１０）
    と、０Ｖ又は＋電位に保たれたアノード（１２）との間
    にグリッド（１１）が配置される構造をもち、カソード
    （１０）を通して流れるエミッション電流Ｉｅが一定に
    なるよう帰還回路（２０）でグリッド電圧を制御する荷
    電粒子線装置の荷電粒子源において、 モニタからの位置設定指令ができ、モータで位置設定
    し、カソード（１０）を搭載する位置可変ステージ（２
    ３）を設け、 グリッド電圧の測定及びステージ位置設定ができる制御
    装置（２２）を設け、 以上を具備することを特徴とする荷電粒子線装置におけ
    る荷電粒子源位置調整装置。
  3. 【請求項３】 加速電圧が印加されたカソード（１０）
    と、０Ｖ又は＋電位に保たれたアノード（１２）との間
    にグリッド（１１）が配置される構造をもち、カソード
    （１０）に加える電圧値に対し、グリッド（１１）に加
    える電圧値が固定される荷電粒子線装置の荷電粒子源に
    おいて、 エミッション電流を測定しながら、カソードの位置を変
    化させ、 エミッション電流が最高値を示した位置を調整位置とす
    る、 ことを特徴とする荷電粒子線装置における荷電粒子源位
    置調整方法。
  4. 【請求項４】 加速電圧が印加されたカソード（１０）
    と、０Ｖ又は＋電位に保たれたアノード（１２）との間
    にグリッド（１１）が配置される構造をもち、カソード
    （１０）に加える電圧値に対し、グリッド（１１）に加
    える電圧値が固定される荷電粒子線装置の荷電粒子源に
    おいて、 モニタからの位置設定指令ができ、モータで位置設定
    し、カソード（１０）を搭載する位置可変ステージ（２
    ３）を設け、 エミッション電流の測定及びステージ位置設定ができる
    制御装置（３２）を設け、 以上を具備することを特徴とする荷電粒子線装置におけ
    る荷電粒子源位置調整装置。
  5. 【請求項５】 加速電圧が印加されたカソード（１０）
    と、０Ｖ又は＋電位に保たれたアノード（１２）との間
    にグリッド（１１）が配置される構造をもち、カソード
    （１０）を通して流れるエミッション電流が、カソード
    （１０）とグリッド（１１）の間におかれた抵抗ＲV を
    流れることによって生ずる電位差を利用してグリッド
    （１１）に電圧を加える荷電粒子線装置の荷電粒子源に
    おいて、 エミッション電流を測定しながら、カソードの位置を変
    化させ、 エミッション電流が最高値を示した位置を調整位置とす
    る、 ことを特徴とする荷電粒子線装置における荷電粒子源位
    置調整方法。
  6. 【請求項６】 加速電圧が印加されたカソード（１０）
    と、０Ｖ又は＋電位に保たれたアノード（１２）との間
    にグリッド（１１）が配置される構造をもち、カソード
    （１０）を通して流れるエミッション電流が、カソード
    （１０）とグリッド（１１）の間におかれた抵抗ＲV を
    流れることによって生ずる電位差を利用してグリッド
    （１１）に電圧を加える荷電粒子線装置の荷電粒子源に
    おいて、 モニタからの位置設定指令ができ、モータで位置設定
    し、カソード（１０）を搭載する位置可変ステージ（２
    ３）を設け、 エミッション電流の測定及びステージ位置設定ができる
    制御装置（４２）を設け、 以上を具備することを特徴とする荷電粒子線装置におけ
    る荷電粒子源位置調整装置。
  7. 【請求項７】 加速電圧が印加されたカソード（１０）
    と、０Ｖ又は＋電位に保たれたアノード（１２）との間
    にグリッド（１１）が配置される構造をもち、カソード
    （１０）を通して流れるエミッション電流が、カソード
    （１０）とグリッド（１１）の間におかれた抵抗ＲV を
    流れることによって生ずる電位差を利用してグリッド
    （１１）に電圧を加える荷電粒子線装置の荷電粒子源に
    おいて、 グリッド電圧を測定しながら、カソードの位置を変化さ
    せ、 グリッド電圧が最小値を示した位置を調整位置とする、 ことを特徴とする荷電粒子線装置における荷電粒子源位
    置調整方法。
  8. 【請求項８】 加速電圧が印加されたカソード（１０）
    と、０Ｖ又は＋電位に保たれたアノード（１２）との間
    にグリッド（１１）が配置される構造をもち、カソード
    （１０）を通して流れるエミッション電流が、カソード
    （１０）とグリッド（１１）の間におかれた抵抗ＲV を
    流れることによって生ずる電位差を利用してグリッド
    （１１）に電圧を加える荷電粒子線装置の荷電粒子源に
    おいて、 モニタからの位置設定指令ができ、モータで位置設定
    し、カソード（１０）を搭載する位置可変ステージ（２
    ３）を設け、 グリッド電圧の測定及びステージ位置設定ができる制御
    装置（４２）を設け、 以上を具備することを特徴とする荷電粒子線装置におけ
    る荷電粒子源位置調整装置。
  9. 【請求項９】 荷電粒子線装置を電子ビームテスタと
    し、荷電粒子源を電子源とした、請求項１、請求項３、
    請求項５及び請求項７記載の荷電粒子線装置における荷
    電粒子源位置調整方法。
  10. 【請求項１０】 荷電粒子線装置を電子ビームテスタと
    し、荷電粒子源を電子源とした、請求項２、請求項４、
    請求項６及び請求項８記載の荷電粒子線装置における荷
    電粒子源位置調整装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012138360A (ja) * 2005-12-02 2012-07-19 Arisu Corporation:Kk イオン源、システム及び方法
DE112010004286T5 (de) 2009-11-06 2013-01-10 Hitachi High-Technologies Corporation Ladungsteilchenmikroskop
JP2021061153A (ja) * 2019-10-07 2021-04-15 日本電子株式会社 電子銃、電子顕微鏡、３次元積層造形装置、及び電子銃の電流調整方法

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