KR102523388B1 - 열전계 방출 전자원 및 전자빔 응용 장치 - Google Patents

열전계 방출 전자원 및 전자빔 응용 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102523388B1
KR102523388B1 KR1020217006436A KR20217006436A KR102523388B1 KR 102523388 B1 KR102523388 B1 KR 102523388B1 KR 1020217006436 A KR1020217006436 A KR 1020217006436A KR 20217006436 A KR20217006436 A KR 20217006436A KR 102523388 B1 KR102523388 B1 KR 102523388B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
electron source
opening
insulator
field emission
Prior art date
Application number
KR1020217006436A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210039442A (ko
Inventor
소이치로 마츠나가
소우이치 가타기리
게이고 가스야
아키 다케이
하지메 가와노
다카시 도이
Original Assignee
주식회사 히타치하이테크
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 히타치하이테크 filed Critical 주식회사 히타치하이테크
Publication of KR20210039442A publication Critical patent/KR20210039442A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102523388B1 publication Critical patent/KR102523388B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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, 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
    • 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, ion-optical arrangement
    • H01J37/06—Electron sources; Electron guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details 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
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/13—Solid thermionic cathodes
    • H01J1/20—Cathodes heated indirectly by an electric current; Cathodes heated by electron or ion bombardment
    • H01J1/22—Heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details 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
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • 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, ion-optical arrangement
    • H01J37/09—Diaphragms; Shields associated with electron or ion-optical arrangements; Compensation of disturbing fields
    • 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, ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • 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
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • 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
    • H01J2237/02—Details
    • H01J2237/026—Shields
    • H01J2237/0266—Shields electromagnetic
    • 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
    • H01J2237/18—Vacuum control means
    • H01J2237/182—Obtaining or maintaining desired pressure

Abstract

열전계 방출 전자원으로부터 방출되는 전자빔의 양을 안정화한다. 이를 위해, 침상(針狀)의 전자원(301)과, 전자원이 고정되며, 전자원을 가열하는 금속선(302)과, 절연애자에 고정되며, 금속선에 통전하는 스템(303)과, 제1 개구부(304a)를 갖고, 제1 개구부로부터 전자원의 선단이 돌출하도록 배치되는 제1 전극(304)과, 제2 개구부(306a)를 갖는 제2 전극(306)과, 제1 개구부의 중심축과 제2 개구부의 중심축이 일치하도록 제1 전극과 제2 전극을 위치 결정하고, 제1 전극과 제2 전극의 전기적 절연을 취하는 절연체(307)를 갖는 열전계 방출 전자원에 대해, 제1 전극이 가열되는 것에 의해 방출되는 가스량을 저감하는 구조를 제공한다.

Description

열전계 방출 전자원 및 전자빔 응용 장치
본 발명은, 전자현미경을 비롯한 전자선빔 응용 장치에 사용하기 위한 전자원, 또는 전자원을 탑재하는 전자빔 응용 장치에 관한 것이다.
미세한 구조의 가시화에는 주사 전자현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)이 널리 사용되고 있다. SEM은, 금속 등의 재료의 형태 관찰이나 생체 시료의 미세한 형상이나 형태의 관찰 외, 반도체 미세 패턴의 치수 검사나 결함 검사 등에도 사용되고 있다. SEM에서는, 전자선을 측정 시료에 조사하면서 주사하고, 측정 시료로부터 방출되는 신호 전자(이차전자 또는 반사전자)를 검출함으로써 주사상(SEM상)을 얻는다.
SEM상을 얻을 때의 중요한 포인트 중 하나는 전자원으로부터 방출되는 전자빔을 일정하게 유지하는 것이다. 왜냐하면, 방출되는 전자량이 감소하면, 일반적으로는 시료에 조사되는 전류도 감소해 얻어지는 SEM상의 밝기가 저하된다. SEM상의 밝기가 저하되는 것은 신호 전자량이 감소한 것과 다름없으며, 신호 노이즈비가 저하되는 것에 의해 밝기뿐만 아니라 상(像)의 거칠기도 커진다. 이 거칠기가 증가하면 SEM상의 시인성(視認性)이 저하된다. 또한 얻어진 SEM상을 사용해 검사를 행할 경우에는 검사 정밀도가 저하되는 문제를 야기할 우려가 있다.
전자원으로부터 방출되는 전류량을 안정하게 유지하기 위해 지금까지는 진공도의 향상이 이루어져 왔다. 전자빔을 얻는 방법으로서, 전자 방출원을 가열해서 얻어지는 열전자와 전자 방출원에 높은 전압을 인가함으로써 얻어지는 전계 방출 전자가 있지만, 어떠한 경우에도 전자원은 진공중에 설치된다. 열전자원에서는 진공중의 잔류 가스가 가열된 전자원과 반응함으로써 그 표면 구조가 변화하는 것에 의해 방출 전류량이 변화한다. 한편, 전계 방출 전자원에서는 표면에 흡착한 진공중의 잔류 가스 분자에 의해 표면으로부터의 전자 방출의 용이성(일함수)이 변화함으로써 방출 전류량이 변화한다.
진공도를 향상시키기 위해, 진공에 접하는 면으로부터의 방출 가스를 저감하는 방법이 잘 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 진공에 접하는 면적이 넓은 진공 챔버 측면을 가스 방출이 적은 재료로 피복하는 것이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 전자 조사에 의해 발생하는 가스를 억제하기 위해, 전자선이 조사되는 인출 전극이나 가속 전극을 가스 방출이 적은 재료로 피복하는 것이 개시되어 있다. 또한, 비특허문헌 1이나 특허문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이, 베이킹이라 불리는, 전자총을 구성하는 부품을 승온함으로써 탈가스를 촉진해 실온 냉각 시의 진공도를 높이는 방법이 일반적으로 행해지고 있다. 이 베이킹을 위해, 일반적으로 초고진공을 구성하는 부품에는 내열성이 있는 금속 및 세라믹스가 다용되고 있다.
일본국 공개특허공보 소62-126600호 공보 일본국 공개특허공보 제2003-100244호 공보 일본국 공개특허공보 제2008-140623호 공보
호리코시 겐이치 저, 「진공기술」 제3판, 도쿄대학 출판회, 1994년, p.156∼162
열전계 방출 전자원은 첨예화된 고융점 금속 와이어를 전자원 본체로 하고, 그 전자원을 가열하기 위한 필라멘트, 전자를 끌어내기 위한 인출 전극, 원하는 가속까지 전자를 가속하기 위한 가속 전극 외, 가열된 필라멘트로부터 방출되는 열전자가 시료 조사 전류에 혼입되지 않도록 전자원보다도 상류에 전극(서프레서 전극)이 설치된다. 서프레서 전극의 역할은 필라멘트로부터의 열전자를 되돌려보내는 것이기 때문에, 서프레서 전극은 전자원 및 필라멘트를 둘러싸도록 설치되며, 또한 전자원 및 필라멘트에 대해 음의 전위가 인가되는 것이 특징적이다. 종래, 서프레서 전극의 표면적은 챔버 내벽에 대해 충분히 작아 가스 방출량은 작을 것으로 생각되며, 또한 인출 전극이나 가속 전극과는 달리 전자원에 대해 음전위로 됨으로써 전자가 조사되지 않기 때문에, 전자선 조사에 의한 탈가스량도 거의 없을 것으로 생각되고 있었다. 따라서, 서프레서 전극이 진공을 열화시키는 원인으로서 주목받는 일은 없었다.
그러나, 발명자들은 서프레서 전극으로부터의 탈가스에도 주목해야함을 발견했다. 왜냐하면, 전자를 방출하기 위해 고온으로 가열된 전자원 및 필라멘트로부터는 강한 광이 발산되고 있고, 그 복사열에 의해 서프레서 전극이 강하게 가열되어 있는 것을 새로이 알아냈기 때문이다. 도 1에 전자원 동작 시간과 서프레서 전극의 온도의 관계를 나타낸다. 서프레서 전극이 전자원 동작에 의해 가열되어 200℃ 정도까지 가열되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 2에, 서프레서 전극을 승온했을 때에 발생하는 가스의 종류와 방출량을 분석한 결과를 나타낸다. 도면에서는 대표적인 가스 종류로서, H2, H2O, CO, CO2를 나타내고 있다. 각 가스 종류에 있어서 복수의 파형이 나타내고 있는 것은 가스 방출량의 불균일을 나타내는 것이다. 서프레서 전극이 대략 200℃까지 가열된다고 하면, 가스 종류에 따라서는 실온의 100배나 가스가 발생하는 것을 알아냈다. 이 점에서, 전자원으로부터 방출되는 전류량을 불안정화시키는 원인으로서 서프레서 전극으로부터의 탈가스가 새로이 인식되었다.
침상(針狀)의 전자원과, 전자원이 고정되며, 전자원을 가열하는 금속선과, 절연애자에 고정되며, 금속선에 통전하는 스템과, 제1 개구부를 갖고, 제1 개구부로부터 전자원의 선단이 돌출하도록 배치되는 제1 전극과, 제2 개구부를 갖는 제2 전극과, 제1 개구부의 중심축과 제2 개구부의 중심축이 일치하도록 제1 전극과 제2 전극을 위치 결정하고, 제1 전극과 제2 전극의 전기적 절연을 취하는 절연체를 갖는 열전계 방출 전자원에 대해, 제1 전극이 가열되는 것에 의해 방출되는 가스량을 저감하는 구조를 제공한다.
또한, 이러한 구조를 갖는 열전계 방출 전자원을 사용한 전자빔 응용 장치이다.
열전계 방출 전자원으로부터 방출되는 전자빔의 양을 안정화할 수 있다.
그 밖의 과제와 신규한 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 전자원 동작 시간과 서프레서 전극의 온도의 관계를 나타내는 도면.
도 2는 서프레서 전극으로부터 방출되는 가스의 종류와 방출량을 나타내는 도면.
도 3은 실시예 1의 열전계 방출 전자원의 모식도.
도 4는 실시예 2의 열전계 방출 전자원의 모식도.
도 5는 실시예 3에 있어서의 서프레서 전극의 냉각 구조와 전압 인가 구조를 나타내는 모식도.
도 6은 실시예 4의 열전계 방출 전자원의 모식도.
도 7은 실시예 5에 있어서의 서프레서 전극을 나타내는 도면.
도 8은 실시예 5에 의한 방출 가스량 저감 효과를 나타내는 도면.
도 9는 실시예 6에 있어서의 서프레서 전극을 가열하는 구조를 나타내는 도면.
도 10은 서프레서 전극에의 열전도를 저감하는 구조를 나타내는 도면.
도 11은 서프레서 전극에의 열전도를 저감하는 구조를 나타내는 도면.
도 12는 서프레서 전극에의 열전도를 저감하는 구조를 나타내는 도면.
도 13은 서프레서 전극에의 열전도를 저감하는 구조를 나타내는 도면.
도 14는 전자빔 응용 장치의 개략 구성도.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 사용해서 설명한다.
[실시예 1]
도 3에 실시예 1의 열전계 방출 전자원의 모식도를 나타낸다. 절연애자(305)에 2개 고정된 스템(303)에 대해 필라멘트(금속선)(302)의 양단부 부근이 스폿 용접되어 있다. 만곡된 필라멘트(302)의 중앙부에는 전자원(301)이 스폿 용접되어 있다. 전자원(301)은 예를 들면, 단결정 텅스텐봉이며, 일단이 첨예한 침상으로 되고, 타단이 필라멘트(302)에 용접되어 있다. 필라멘트(302)는 예를 들면 텅스텐이며 스템(303)을 개재해서 통전되어 전자원(301)을 가열한다. 절연애자(305), 스템(303), 필라멘트(302) 및 전자원(301)은 서프레서 전극(304)에 의해 덮여 있다. 서프레서 전극(304)은 역방향의 컵형 구조이며 컵 바닥의 중앙 부분에 원형의 개구부(304a)가 있다. 전자원(301)은 이 개구부(304a)로부터 그 선단 부분이 돌출하도록 배치된다. 또한, 서프레서 전극(304)을 덮도록 인출 전극(306)이 설치되어 있다. 인출 전극(306)과 서프레서 전극(304) 사이에는 절연체(307)가 배치되어, 인출 전극(306)과 서프레서 전극(304) 사이의 전기적 절연이 취해짐과 함께, 절연체(307)에 의해 인출 전극(306)의 개구부(306a)의 중심축과 서프레서 전극(304)의 개구부(304a)의 중심축이 일치하도록 위치 결정이 이루어져어 있다. 또, 인출 전극(306)에는 전자원(301) 또는 필라멘트(302)에 대해 양의 전위가 인가되고, 서프레서 전극(304)에는 전자원(301) 또는 필라멘트(302)에 대해 음의 전위가 인가된다.
실시예 1에서는, 필라멘트(302)와 서프레서 전극(304) 사이에 필라멘트(302)로부터 발산되는 광을 차폐하기 위한 차폐부재(308)를 설치한다. 예를 들면, 차폐부재(308)는 전자원(301)을 피해서 필라멘트(302)를 덮도록 설치된 개구부를 갖는 우산 형상의 판이며 지지부재(309)에 의해서 지지되어 있다. 지지부재(309)는 절연애자(305)에 고정되어 있다. 차폐부재(308)에 의해 필라멘트(302)로부터 발산된 광의 일부가 가려져 서프레서 전극(304)의 온도 상승을 100℃ 이하로 억제할 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 서프레서 전극(304)의 온도를 100℃ 정도로 억제할 수 있으면 가스 방출량의 대폭적인 증가는 피할 수 있다. 한편, 차폐부재(308)와 지지부재(309)가 필라멘트(302)로부터 발산되는 광의 복사에 의해 승온함으로써, 이들이 가스의 발생원으로 될 가능성이 있다. 따라서, 차폐부재(308)와 지지부재(309)를 몰리브덴(열전도율 180W/m·K) 등의 열전도성이 좋은 재료로 형성하고, 지지부재(309)의 단부(端部)를 냉매(310)에 접촉시켜서 냉각을 행한다. 이것에 의해, 차폐부재(308)의 온도를 100℃ 이하로 억제해 차폐부재(308)로부터의 탈(脫)가스량을 억제할 수 있다. 냉매(310)는 전자원이나 서프레서 전극이 설치되는 초고진공과 열적으로 이어져 있으면 되므로, 전자빔 응용 장치의 경체(鏡體)를 구성하는 진공 용기 중에 배치할 필요는 없다. 진공 용기 외측의 대기측에 워터 배스나 펠티에 소자 등의 냉매(310)를 설치하고, 지지부재(309)에 접속되는 전열재(311)를 진공 용기 밖으로 인출해 냉매(310)에 접속함으로써 냉각해도 된다. 혹은, 대기를 그대로 냉매로서 사용해도 된다.
또, 차폐부재(308)와 지지부재(309)의 전위는 서프레서 전극(304) 또는 전자원(301) 부근의 전위로 하면 되므로, 절연애자(305)의 내전압(withstand voltage, 耐電壓)을 종래구성의 열전계 방출 전자원보다도 향상시킬 필요는 없다. 또한, 차폐부재(308) 혹은 지지부재(309)에 전자원(301)에 대해 서프레서 전극(304)과 마찬가지로 음의 전위를 부여해도 된다. 이 경우는, 차폐부재(308) 혹은 지지부재(309)에 전자가 조사될 일이 없으므로 열전도성이 좋은 절연체, 예를 들면 탄화규소(열전도율 200W/m·K)나 질화알루미늄(열전도율 150W/m·K) 등으로 구성할 수도 있다.
또, 차폐부재(308)는 필라멘트(302)로부터 발산되는 광이 가려지면 되므로 판상일 필요는 없으며, 필라멘트(302)의 주위를 둘러싸는 튜브 형상이어도 된다. 또, 실시예 1에 있어서는, 서프레서 전극(304)을 전자원(301)의 전자 방출부보다도 상류에 설치하는 대표적인 전극으로서 설명하고 있지만, 전자원(301)의 전자 방출부보다도 상류에 설치하는 전극이면, 서프레서 전극 이외의 전극이어도 본 발명은 적용 가능하다. 이것은 실시예 2 이후 및 변형예에 대해서도 마찬가지이다.
[실시예 2]
실시예 1이 서프레서 전극(304)에의 열 유입량을 저감함으로써 서프레서 전극(304)의 온도 상승을 억제하는데 반해, 실시예 2는 서프레서 전극(304)으로부터의 열유출량을 증가시킴으로써 서프레서 전극(304)의 온도 상승을 억제한다.
도 4에 실시예 2의 열전계 방출 전자원의 모식도를 나타낸다. 서프레서 전극(304)의 온도 상승을 억제하기 위해, 서프레서 전극(304)과 접촉해 있는 절연체(307)를, 종래구성의 열전계 방출 전자원으로 일반적으로 사용되는 알루미나(열전도율 30W/m·K)보다도 열전도율이 좋은 탄화규소나 질화알루미늄 등으로 구성하고, 절연체(307)의 단부를 전열재(411)를 개재해서 냉매(410)에 접촉시켜 냉각을 행함으로써, 서프레서 전극(304)의 온도를 100℃ 이하로 억제해 탈가스를 억제할 수 있다. 이러한 재료들은, 알루미나보다도 열팽창률이 작지만, 절연체(307)를 냉각하는 것에 의해 온도 상승을 억제함으로써 열응력의 영향이 작은 열전계 방출 전자원을 실현할 수 있다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로, 냉매(410)는 진공 용기 외측의 대기측에 설치해도 되고, 혹은 대기를 그대로 냉매로서 사용해도 된다.
실시예 2의 변형예로서, 절연체(307)의 일부에 적어도 알루미나의 열전도율보다도 열전도율이 높은 금속, 예를 들면 구리나 알루미늄을 사용해도 된다. 서프레서 전극(304)과 인출 전극(306)은 전기적으로 절연되어야 하므로, 서프레서 전극(304)에서 냉매(410)까지의 경로로 되는 부분은 열전도율이 높은 재료로 구성되고, 그 이외의 부분은 절연체로 되는 재료로 구성한다. 절연체로 되는 재료는 열전도율이 높은 재료가 아니어도 되며, 예를 들면 알루미나여도 된다.
[실시예 3]
도 5에 실시예 3의 열전계 방출 전자원의 모식도를 나타낸다. 서프레서 전극(304)에는 전압을 인가하기 위해, 진공 용기 밖에 설치되는 전원(501)과, 전원(501)과 전기적으로 도통(導通)시키기 위해 진공 용기의 벽(504)에 설치되는 피드스루(502)와, 도통부품(503)을 접촉시킬 필요가 있다. 이 피드스루(502)와 도통부품(503)은 가공 용이성이나 코스트, 내식성의 관점에서 스테인리스가 사용되는 경우가 많지만, 스테인리스의 열전도성은 낮기 때문에(열전도율 20W/m·K), 이러한 부품들을 스테인리스보다도 열전도율이 좋은 재료, 예를 들면 구리(열전도율 380W/m·K)나 알루미늄(열전도율 200W/m·K), 몰리브덴 등으로 함으로써, 전기적 접속을 취함과 함께 열적으로 대기와 접촉시켜, 서프레서 전극의 열을 대기에 방출시키도록 한다. 또한, 진공 용기 외측의 대기측에 냉매, 예를 들면 워터 배스나 펠티에 소자를 배치하고, 이러한 도전부품과 접촉시키면, 보다 효율적으로 서프레서 전극의 온도 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
[실시예 4]
실시예 1이 필라멘트(302)로부터 발산되는 광의 복사를 차폐하는 것에 의해 서프레서 전극(304)에의 열 유입량을 저감하는데 반해, 본 실시예에서는, 서프레서 전극(304)에 있어서의 필라멘트(302)로부터 발산되는 광의 반사율을 높이는 것에 의해 서프레서 전극(304)에의 열 유입량을 저감한다.
도 6에 실시예 4의 열전계 방출 전자원의 모식도를 나타낸다. 필라멘트(302)와 대향하는 서프레서 전극(304)의 내면을 반사율이 높은 재료(601)로 코팅한다. 통상적으로, 서프레서 전극(304)은 몰리브덴을 사용해서 만들어지지만, 몰리브덴의 반사율은 60% 정도이다. 그래서, 이 내면을 반사율이 90% 이상인 은이나 알루미늄으로 코팅한다. 이것에 의해, 서프레서 전극(304)의 광흡수가 억제되어 온도 상승을 억제할 수 있다.
또, 서프레서 전극(304)의 필라멘트(302)로부터의 광의 반사율을 향상시키면 되기 때문에, 반사율이 높은 재료의 코팅에 한하지 않고, 경면 연마 등의 기계적인 처리를 실시함에 의해서도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 경면 연마와 코팅을 함께 실시해도 된다.
본 실시예에서는 코팅 또는 표면 처리만 하면 되기 때문에, 종래의 열전계 방출 전자원에 있어서의 전극 부품의 가공 방법, 재료 등을 바꾸지 않고, 전자총의 제작이 가능하다는 이점이 있다.
[실시예 5]
실시예 1∼4가 서프레서 전극(304)의 온도 상승을 억제해 가스 방출량을 억제하는데 반해, 실시예 5에서는 서프레서 전극(304)의 온도가 상승해도 가스를 발생하기 어렵게 하는 것에 의해 가스 방출량을 억제하는 것이다.
도 7에 실시예 5의 열전계 방출 전자원에 있어서의 서프레서 전극을 나타낸다. 서프레서 전극(304)의 표면이 불활성 금속(701)으로 코팅되어 있다. 코팅하는 불활성 금속(701)의 예로서는 금이나 질화티타늄 등을 들 수 있다. 불활성 금속(701)에 의해 서프레서 전극(304)의 표면이 코팅되는 것에 의해, 서프레서 전극(304)의 온도가 상승해도 방출 가스량이 억제된다. 도 8에 서프레서 전극의 재료로서 자주 사용되는 몰리브덴에 질화티타늄 코팅을 실시한 경우의 온도와 가스 발생량의 측정 결과의 일례를 나타낸다. 200℃일 때의 가스 방출량이 1/10∼1/100 정도로 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 또, 질화티타늄에 한하지 않고, 다른 천이 금속 질화물이어도 된다.
[실시예 6]
실시예 6에서는, 실시예 5와는 다른 형태로 온도 상승 시의 가스 발생량의 억제를 실현한다.
도 9에 실시예 6의 열전계 방출 전자원의 모식도를 나타낸다. 서프레서 전극(304)의 근방에 히터(901)를 설치한다. 전술과 같이, 초고진공을 얻기 위해 전자총에 베이킹 처리를 행한다. 이 베이킹 처리는 도달 진공도를 단시간에 올리기 위해 행해진다. 즉, 진공 개시시에 가열해서 탈가스를 촉진하는 것에 의해, 실온 냉각 시의 탈가스량이 억제됨으로써 도달 진공도가 상승한다. 통상의 베이킹 처리는 면적이 큰 진공 용기로부터의 탈가스를 억제하기 위해, 진공 용기 외부에 설치한 히터를 사용해서 진공 용기를 가열한다. 본 실시예에서는 이 베이킹 처리에 더해, 서프레서 전극(304) 근방에 설치한 히터(901)를 사용해서 서프레서 전극(304)을 효율적으로 가열한다. 이것에 의해 서프레서 전극(304)으로부터의 가스 발생을 촉진해 전자원 동작시의 가스 방출량을 저감할 수 있다. 또, 전자원 동작시의 서프레서 전극(304)의 온도는 200℃ 정도로 되기 때문에, 적절한 가스 저감 효과를 얻기 위해, 히터(901)에 의해서 서프레서 전극을 가열하는 온도는 적어도 400℃ 이상으로 한다.
이하에, 실시예 1∼4에서 설명한 서프레서 전극(304)의 온도 상승 억제 효과를 높이기 위한 변형예에 대해 설명한다. 도 3 등에 도시되는 바와 같이, 서프레서 전극(304)은, 절연애자(305)를 개재해서 필라멘트에 통전하기 위한 스템(303), 전자원(301)을 가열하는 필라멘트(302)와 접촉해 있다. 따라서, 이상의 실시예에서 설명한 열복사에 더해, 이러한 물체들을 통한 열전도에 의해서도 서프레서 전극(304)은 데워진다. 열전도에 의한 가열은 열복사에 의한 가열보다도 작지만, 본 발명에 의해 열복사의 영향을 작게 하는 것에 의해, 열전도의 영향이 상대적으로 커진다. 그래서, 이 열전도에 의한 서프레서 전극에의 열 유입을 억제하기 위한 구성을 변형예로서 설명한다.
도 10에, 열전계 방출 전자원에 있어서의 서프레서 전극(304)과 절연애자(305)의 접촉 부분의 단면도를 나타낸다. 통상적으로, 서프레서 전극(304)과 전자원(301)의 축을 맞추기 위해 절연애자(305)는 원기둥형을 하고 있으며, 원통형의 서프레서 전극(304)과 면접촉해 있다. 본 변형예에서는, 절연애자(305)와 서프레서 전극(304)의 접촉 면적을 작게 하도록, 간극(1001)을 접촉면에 형성함으로써, 절연애자(305)로부터 서프레서 전극(304)에의 열전도에 의한 열 유입을 억제할 수 있다. 또, 간극(1001)이 넓을수록 열 유입이 억제된다고는 해도, 서프레서 전극(304)과 전자원(301)의 축이 흔들리지 않도록, 간극(1001)의 상하 2점에서 절연애자(305)와 서프레서 전극(304)이 접촉해 있는 것이 바람직하다. 또, 축을 맞추기 위해서는 간극(1001)은 절연애자(305)에 회전 대칭으로 형성될 필요는 없고, 도 11의 평면도에 나타내는 바와 같은, 절연애자(305)의 상하면을 관통하는 바와 같은 노치부(1101)를 형성해도 된다.
또, 마찬가지의 가공을 절연애자(305)가 아닌 서프레서 전극(304)에 대해 행하는 것도 가능하다. 도 12는 도 10에 대응하는 구성이며, 간극(1001)이 서프레서 전극(304)을 가공하는 것에 의해 형성되어 있다. 마찬가지로, 도 13은 도 11에 대응하는 구성이며, 서프레서 전극(304)에 접촉면을 상하로 관통하는 바와 같은 노치부(1101)를 형성한 예이다. 또한, 접촉 면적을 줄이기 위한 가공을 실시하는 것은, 서프레서 전극(304)과 절연애자(305)의 한쪽뿐만 아니라, 쌍방에 가공을 실시해도 된다. 그 경우도, 축이 어긋나지 않도록 가공 개소를 조정하는 것이 필요하다.
도 14에, 이상 설명한 전자원을 탑재하는 전자빔 응용 장치의 개략 구성도를 나타낸다. 전자빔 응용 장치의 전자 광학계는 진공 용기(10) 안에 내장되며, 전자 광학계는 열전계 방출 전자원(1), 열전계 방출 전자원(1)으로부터 방출되는 전자빔(2)을 집속하는 집속렌즈(3), 전자빔(2)을 편향시켜서 스테이지(6) 위에 재치(載置)되는 시료(7) 위를 주사하는 편향기(4), 전자빔(2)의 초점 위치를 시료(7) 위에 맺히도록 조정하는 대물렌즈(5)를 포함한다. 전자 광학계를 구성하는 각 광학요소는 각각을 제어하는 제어부(11∼14)에 의해 제어되며, 또한 주 제어부(15)가 각 제어부(11∼14)를 제어한다. 예를 들면, 주 제어부(15)는, 각 제어부(11∼14)를 제어해서 원하는 광학 조건으로 시료(7)에 전자빔(2)을 조사하고, 시료(7)로부터 방출되는 신호 전자를 도시하지 않은 검출기에 의해 검출해 화상을 얻는다.
또, 본 발명을 복수의 실시예, 변형예를 들어 설명했다. 본 발명은 상기한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 복수의 실시예, 변형예를 조합해서 실시하는 것도 가능한 것은 물론이다.
1 : 열전계 방출 전자원, 2 : 전자빔, 3 : 집속렌즈, 4 : 편향기, 5 : 대물렌즈, 6 : 스테이지, 7 : 시료, 10 : 진공 용기, 11 : 전자원 제어부, 12 : 집속렌즈 제어부, 13 : 편향기 제어부, 14 : 대물렌즈 제어부, 15 : 주 제어부, 301 : 전자원, 302 : 필라멘트, 303 : 스템, 304 : 서프레서 전극, 304a : 개구부, 305 : 절연애자, 306 : 인출 전극, 306a : 개구부, 307 : 절연체, 308 : 차폐부재, 309 : 지지부재, 310, 410 : 냉매, 311, 411 : 전열재, 501 : 전원, 502 : 피드스루, 503 : 도통부품, 504 : 진공 용기(벽), 901 : 히터

Claims (15)

  1. 침상(針狀)의 전자원과,
    상기 전자원이 고정되며, 상기 전자원을 가열하는 금속선과,
    절연애자에 고정되며, 상기 금속선에 통전하는 스템과,
    제1 개구부를 가지며, 상기 제1 개구부로부터 상기 전자원의 선단이 돌출하도록 배치되는 제1 전극과,
    제2 개구부를 갖는 제2 전극과,
    상기 제1 개구부의 중심축과 상기 제2 개구부의 중심축이 일치하도록 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 위치 결정하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 전기적 절연을 취하는 절연체와,
    상기 금속선과 상기 제1 전극 사이에 상기 전자원과 접촉하지 않도록 설치되고, 상기 금속선으로부터의 광을 차폐하는 차폐부재를 갖고, 상기 차폐부재에 의해 상기 제1 전극의 온도 상승을 억제하는, 열전계 방출 전자원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연애자에 고정되며, 상기 차폐부재를 지지하는 지지부재를 갖고,
    상기 지지부재는 전열재를 개재해서 냉매에 접촉되는 열전계 방출 전자원.
  3. 침상의 전자원과,
    상기 전자원이 고정되며, 상기 전자원을 가열하는 금속선과,
    절연애자에 고정되며, 상기 금속선에 통전하는 스템과,
    제1 개구부를 가지며, 상기 제1 개구부로부터 상기 전자원의 선단이 돌출하도록 배치되는 제1 전극과,
    제2 개구부를 갖는 제2 전극과,
    상기 제1 개구부의 중심축과 상기 제2 개구부의 중심축이 일치하도록 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 위치 결정하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 전기적 절연을 취하는 절연체를 갖고,
    상기 절연체는 전열재를 개재해서 냉매에 접촉되는 것에 의해 상기 제1 전극의 온도 상승을 억제하는, 열전계 방출 전자원.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절연체의 열전도율은 30W/m·K보다도 큰 열전계 방출 전자원.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 절연체 중의 상기 제1 전극과 상기 전열재의 경로로 되는 부분이, 열전도율이 30W/m·K보다도 큰 금속으로 형성되는 열전계 방출 전자원.
  6. 침상의 전자원과,
    상기 전자원이 고정되며, 상기 전자원을 가열하는 금속선과,
    절연애자에 고정되며, 상기 금속선에 통전하는 스템과,
    제1 개구부를 가지며, 상기 제1 개구부로부터 상기 전자원의 선단이 돌출하도록 배치되는 제1 전극과,
    제2 개구부를 갖는 제2 전극과,
    상기 제1 개구부의 중심축과 상기 제2 개구부의 중심축이 일치하도록 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 위치 결정하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 전기적 절연을 취하는 절연체를 갖고,
    상기 제1 전극의 상기 금속선과 대향하는 면이, 상기 제1 전극의 재료보다도 상기 금속선으로부터 발산되는 광의 반사율이 높은 재료로 코팅, 또는 경면 연마되어 있는 것에 의해 상기 제1 전극의 온도 상승을 억제하는, 열전계 방출 전자원.
  7. 침상의 전자원과,
    상기 전자원이 고정되며, 상기 전자원을 가열하는 금속선과,
    절연애자에 고정되며, 상기 금속선에 통전하는 스템과,
    제1 개구부를 가지며, 상기 제1 개구부로부터 상기 전자원의 선단이 돌출하도록 배치되는 제1 전극과,
    제2 개구부를 갖는 제2 전극과,
    상기 제1 개구부의 중심축과 상기 제2 개구부의 중심축이 일치하도록 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 위치 결정하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 전기적 절연을 취하는 절연체를 갖고,
    상기 제1 전극의 표면이 불활성 금속에 의해 코팅되어 있는 것에 의해 상기 제1 전극의 온도 상승을 억제하는, 열전계 방출 전자원.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 불활성 금속은, 금, 또는 천이 금속 질화물인 열전계 방출 전자원.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극에는, 상기 전자원보다도 음의 전위가 인가되고, 상기 제2 전극에는, 상기 전자원보다도 양의 전위가 인가되는 열전계 방출 전자원.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절연애자와 상기 제1 전극의 접촉면에 간극이 형성되어 있는 열전계 방출 전자원.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 간극을 형성하기 위한 가공이 상기 절연애자, 또는 상기 제1 전극에 이루어진 열전계 방출 전자원.
  12. 전자빔 응용 장치로서,
    진공 용기와,
    상기 진공 용기에 내장되는 전자 광학계와,
    상기 진공 용기 밖에 설치되는 전원을 갖고,
    상기 전자 광학계는, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 열전계 방출 전자원과, 상기 열전계 방출 전자원으로부터의 전자빔을 집속하는 집속렌즈와, 상기 전자빔을 편향시키는 편향기와, 상기 전자빔의 초점 위치를 조정하는 대물렌즈를 포함하고,
    상기 전원은, 상기 열전계 방출 전자원의 상기 제1 전극에, 상기 전자원보다도 음의 전위를 인가하고,
    상기 전원은, 상기 진공 용기에 설치되는 피드스루 및 도통(導通)부품을 개재해서 상기 제1 전극과 접속되는 전자빔 응용 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 피드스루 및 상기 도통부품의 열전도율은 20W/m·K보다도 큰 전자빔 응용 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전원과 상기 제1 전극의 접속 경로는, 상기 진공 용기 밖에 설치되는 냉매와 접촉되어 있는 전자빔 응용 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 진공 용기에 내장되며, 상기 제1 전극을 가열하는 히터를 갖는 전자빔 응용 장치.
KR1020217006436A 2018-09-25 2018-09-25 열전계 방출 전자원 및 전자빔 응용 장치 KR102523388B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2018/035308 WO2020065703A1 (ja) 2018-09-25 2018-09-25 熱電界放出電子源および電子ビーム応用装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210039442A KR20210039442A (ko) 2021-04-09
KR102523388B1 true KR102523388B1 (ko) 2023-04-20

Family

ID=69950028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217006436A KR102523388B1 (ko) 2018-09-25 2018-09-25 열전계 방출 전자원 및 전자빔 응용 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11508544B2 (ko)
KR (1) KR102523388B1 (ko)
CN (1) CN112673449A (ko)
TW (1) TWI724526B (ko)
WO (1) WO2020065703A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021214953A1 (ja) * 2020-04-23 2021-10-28 株式会社日立ハイテク 荷電粒子銃および荷電粒子ビームシステム

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3793618B2 (ja) * 1996-02-14 2006-07-05 株式会社日立製作所 電子源とその電子源を備えた電子線照射装置
WO2008140080A1 (ja) * 2007-05-16 2008-11-20 Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha 電子源

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62126600A (ja) 1985-11-27 1987-06-08 石川島播磨重工業株式会社 粒子加速器用真空ビ−ムダクト
JPH11354007A (ja) * 1998-06-11 1999-12-24 Hitachi Ltd 電子源およびそれを用いた電子線装置
JP3766763B2 (ja) * 1999-04-05 2006-04-19 日本電子株式会社 電界放射電子銃
JP2003100244A (ja) 2001-09-26 2003-04-04 Jeol Ltd 電子ビーム源
JP2007250491A (ja) * 2006-03-20 2007-09-27 Fujitsu Ltd ＺｒＯ／Ｗエンハンスドショットキー放出型電子銃
JP2008140623A (ja) 2006-11-30 2008-06-19 Japan Science & Technology Agency 電子線源装置
JP4685115B2 (ja) * 2007-02-20 2011-05-18 株式会社アドバンテスト 電子ビーム露光方法
JP4782736B2 (ja) * 2007-07-12 2011-09-28 電気化学工業株式会社 電子源
KR20080100158A (ko) * 2008-03-27 2008-11-14 주식회사 아도반테스토 전자총, 전자빔 노광 장치 및 노광 방법
JP5166551B2 (ja) * 2008-12-16 2013-03-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電子線装置およびそれを用いた電子線応用装置、並びに電子源加工方法
JP2011065790A (ja) * 2009-09-15 2011-03-31 Tokyo Electron Ltd 電子源、電子源の製造方法及び電子放出方法
EP2680294B1 (en) * 2011-02-25 2015-09-09 Param Corporation Electron gun and electron beam device
JP5919049B2 (ja) * 2011-09-26 2016-05-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電界放出型電子源
JP6095338B2 (ja) * 2012-11-28 2017-03-15 株式会社日立製作所 電子銃および荷電粒子線装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3793618B2 (ja) * 1996-02-14 2006-07-05 株式会社日立製作所 電子源とその電子源を備えた電子線照射装置
WO2008140080A1 (ja) * 2007-05-16 2008-11-20 Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha 電子源

Also Published As

Publication number Publication date
US11508544B2 (en) 2022-11-22
WO2020065703A1 (ja) 2020-04-02
TW202013421A (zh) 2020-04-01
KR20210039442A (ko) 2021-04-09
US20220037107A1 (en) 2022-02-03
TWI724526B (zh) 2021-04-11
CN112673449A (zh) 2021-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4322470B2 (ja) Ｘ線発生装置
KR20140049471A (ko) X선 발생 장치
JP6218403B2 (ja) 電界放射型電子銃を備えたｘ線管及びそれを用いたｘ線検査装置
US10903037B2 (en) Charged particle beam device
US20130087703A1 (en) Electron microscope
US11929231B2 (en) Charged particle beam device
KR102523388B1 (ko) 열전계 방출 전자원 및 전자빔 응용 장치
US10163602B2 (en) Ion beam system
US20140353151A1 (en) Charged particle beam irradiation apparatus
JP2013160614A (ja) Ｘ線検出装置
JP4526113B2 (ja) マイクロフォーカスｘ線管及びそれを用いたｘ線装置
US9773646B2 (en) Plasma ion source and charged particle beam apparatus
JP2000036370A (ja) 板体加熱装置
JP6894486B2 (ja) イオンビーム装置
JP5253774B2 (ja) 背面電子衝撃加熱装置
JP4955357B2 (ja) 背面電子衝撃加熱装置
US20210313138A1 (en) Mirror electronic inspection device
JP2016181521A (ja) イオンビーム装置、検査装置、及び複合装置
JPH117913A (ja) 電子線発生装置およびその冷却方法
KR101749859B1 (ko) 진공장치용 다기능 히터장치 및 그 히터장치의 작동방법
JP2000235839A (ja) 電子線応用装置
CN115428114A (zh) 带电粒子枪以及带电粒子束系统
KR20180094471A (ko) 집속 이온 빔 장치
JP2007220458A (ja) 電子衝撃加熱装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right