KR20200143383A - 전자총, 전자선 적용 장치, 및, 전자총의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
전자총이 구비하는 구성만으로, 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 강도를 직접 모니터할 수 있는 전자총, 전자총을 탑재한 전자선 적용 장치, 및, 전자총의 제어 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
광원과,
광원으로부터의 수광에 따라, 전자 빔을 방출하는 포토캐소드와,
애노드와,
전자 빔의 일부를 차폐할 수 있는 전자 빔 차폐 부재와,
전자 빔 차폐 부재에 의해 차폐한 측정용 전자 빔을 이용하여, 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 강도를 측정하는 측정부를 포함하는 전자총에 의해 과제를 해결할 수 있다.
광원과,
광원으로부터의 수광에 따라, 전자 빔을 방출하는 포토캐소드와,
애노드와,
전자 빔의 일부를 차폐할 수 있는 전자 빔 차폐 부재와,
전자 빔 차폐 부재에 의해 차폐한 측정용 전자 빔을 이용하여, 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 강도를 측정하는 측정부를 포함하는 전자총에 의해 과제를 해결할 수 있다.
Description
본 출원에 있어서의 개시는, 전자총, 전자선 적용 장치, 및, 전자총의 제어 방법에 관한 것이다.
포토캐소드를 탑재한 전자총, 당해 전자총을 포함하는 전자현미경, 자유전자 레이저 가속기, 검사 장치 등의 전자선 적용 장치(이하, 전자선 적용 장치로부터 전자총을 제외한 장치를 「상대측 장치」로 기재하는 경우가 있다.)가 알려져 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 광원으로부터 여기광을 조사하여 전자 빔을 방출하는 포토캐소드를 이용한 전자현미경 장치가 개시되어 있다.
전자현미경 장치 등의 전자선 적용 장치에서는, 전자 빔의 방출을 안정적으로 유지하는 것이 필요하다. 그러나, 포토캐소드는, 광조사를 계속함으로써 전자 방출 특성이 열화하여, 전자 방출량이 감소하기 때문에, 포토캐소드를 이용한 전자 빔원은, 사용 시간과 함께 전자 빔의 강도가 감소한다. 그 때문에, 특허 문헌 1에서는, 여기광 강도를 증대시키는 것이나, Cs의 증착을 행하여, 전자 빔의 강도를 회복하는 것이 개시되어 있다.
특허 문헌 1에 기재된 전자현미경 장치에서는, 전자총 컨트롤러로 광원(LD)의 파워를 조정하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 도 11에서는, 캐소드 전류 측정기의 측정치를 전자총 컨트롤러에 피드백하는 것을 읽을 수 있지만, 명세서에서는 어떻게 광원(LD)의 파워를 조정하는지 기재되어 있지 않다. 그런데, 포토캐소드로부터 방출되는 전자 빔의 강도를 조정하기 위해서는, 전자 빔의 강도를 간접적으로 측정하는 것이 아닌, 실제로 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 강도를 직접 측정하여, 당해 측정치에 의거하여 조정하는 것이 바람직하다.
또, 전자선 적용 장치는, 전자총만을 교환하는 경우가 있다. 그런데, 전자총의 종류로서는, 포토캐소드를 이용한 전자총 외, 열음극이나 필드 이미터를 이용한 전자총도 알려져 있다. 그 때문에, 열음극이나 필드 이미터를 이용한 전자총이 탑재되어 있던 상대측 장치에, 포토캐소드를 이용한 전자총을 새롭게 탑재하는 케이스도 상정된다. 그러나, 그 경우, 상대측 장치의 구성에 따라서는, 포토캐소드를 이용한 전자총으로부터 방출한 전자 빔의 강도를 측정할 수 없는 경우도 상정된다. 현재로서는, 전자총이 구비하는 구성만으로, 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 강도를 직접 모니터할 수 있는 전자총은 알려져 있지 않다.
그래서, 본 출원에 있어서의 개시는, 전자총이 구비하는 구성만으로, 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 강도를 직접 모니터할 수 있는 전자총, 전자총을 탑재한 전자선 적용 장치, 및, 전자총의 제어 방법을 제공하는 것에 있다. 본 출원에 있어서의 개시의 그 외의 임의 부가적인 효과는, 발명을 실시하기 위한 형태에 있어서 분명하게 된다.
(1) 광원과,
광원으로부터의 수광에 따라, 전자 빔을 방출하는 포토캐소드와,
애노드와,
전자 빔의 일부를 차폐할 수 있는 전자 빔 차폐 부재와,
전자 빔 차폐 부재에 의해 차폐한 측정용 전자 빔을 이용하여, 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 강도를 측정하는 측정부를 포함하는, 전자총.
(2) 상기 (1)에 있어서,
측정부의 측정 결과에 따라, 포토캐소드로부터 방출되는 전자 빔의 강도를 조정하는 제어부를 추가로 포함하는, 전자총.
(3) 상기 (2)에 있어서,
제어부가, 포토캐소드에 조사하는 광의 강도를 제어하는, 전자총.
(4) 상기 (2) 또는 (3)에 있어서,
포토캐소드를 수납할 수 있는 포토캐소드 수납 용기를 포함하고,
포토캐소드 수납 용기의 내부에는, 포토캐소드의 표면 처리를 하기 위한 표면 처리 재료가 배치되고,
제어부는, 포토캐소드 수납 용기에 포토캐소드를 수납하여, 표면 처리 재료로 포토캐소드의 표면 처리를 행하는, 전자총.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서,
포토캐소드와 애노드 사이에 배치되고, 전압의 인가에 의해 전자 빔의 폭을 바꿀 수 있는 중간 전극을 추가로 포함하는, 전자총.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서,
광원은, 주파수 변조광을 출사하고,
측정부는, 주파수 변조광의 변조 주파수에 대응하는 주파수의 신호를 추출하는 신호 추출기를 포함하는, 전자총.
(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 전자총을 포함하는 전자선 적용 장치로서,
전자선 적용 장치는,
자유전자 레이저 가속기,
전자현미경,
전자선 홀로그래피 장치,
전자선 묘화 장치,
전자선 회절 장치,
전자선 검사 장치,
전자선 금속 적층 조형 장치,
전자선 리소그래피 장치,
전자선 가공 장치,
전자선 경화 장치,
전자선 멸균 장치,
전자선 살균 장치,
플라즈마 발생 장치,
원자상 원소 발생 장치,
스핀 편극 전자선 발생 장치,
캐소드 루미네선스 장치, 또는,
역광 전자 분광 장치인, 전자선 적용 장치.
(8) 광원과,
광원으로부터의 수광에 따라, 전자 빔을 방출하는 포토캐소드와,
애노드와,
전자 빔의 일부를 차폐할 수 있는 전자 빔 차폐 부재와,
전자 빔 차폐 부재에 의해 차폐한 측정용 전자 빔을 이용하여, 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 강도를 측정하는 측정부를 포함하는 전자총의 제어 방법으로서,
제어 방법은,
광원으로부터의 여기광을 포토캐소드에 조사하고, 여기광의 수광에 따라 포토캐소드로부터 전자 빔을 방출하는 단계와,
전자 빔 차폐 부재에 의해 차폐한 측정용 전자 빔을 이용하여, 전자 빔의 강도를 측정하는 단계를 포함함으로써, 포토캐소드로부터 방출되는 전자 빔의 강도를 모니터하는, 전자총의 제어 방법.
(9) 상기 (8)에 있어서,
전자총이,
측정부의 측정 결과에 따라, 포토캐소드로부터 방출되는 전자 빔의 강도를 조정하는 제어부를 추가로 포함하고,
제어 방법이,
전자 빔의 강도를 측정하는 단계에서 측정한 전자 빔의 강도에 따라, 포토캐소드로부터 방출되는 전자 빔의 강도를 조정하는 단계를 포함하는, 전자총의 제어 방법.
(10) 상기 (9)에 있어서,
전자 빔의 강도를 조정하는 단계가, 포토캐소드에 조사하는 광의 강도를 제어하는, 전자총의 제어 방법.
(11) 상기 (9) 또는 (10)에 있어서,
포토캐소드를 수납할 수 있는 포토캐소드 수납 용기를 포함하고,
포토캐소드 수납 용기의 내부에는, 포토캐소드의 표면 처리를 하기 위한 표면 처리 재료가 배치되고,
전자 빔의 강도를 조정하는 단계는, 포토캐소드 수납 용기에 포토캐소드를 수납하여, 표면 처리 재료로 포토캐소드의 표면 처리를 행하는, 전자총의 제어 방법.
(12) 상기 (8) 내지 (11) 중 어느 하나에 있어서,
포토캐소드와 애노드 사이에 배치하는 중간 전극을 추가로 구비하고,
중간 전극에 전압을 인가하여, 전자 빔의 폭을 바꾸는 단계를 포함하는, 전자총의 제어 방법.
(13) 상기 (8) 내지 (12) 중 어느 하나에 있어서,
여기광이, 주파수 변조광이며,
전자 빔의 강도를 측정하는 단계는, 주파수 변조광의 변조 주파수에 대응하는 주파수의 신호를 추출하여 측정을 행하는, 전자총의 제어 방법.
본 출원에 있어서의 개시에 의해, 전자총이 구비하는 구성만으로, 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 강도를 직접 모니터할 수 있다.
도 1은, 제1의 실시 형태에 있어서의 전자총(1A), 및 전자총(1A)을 탑재한 상대측 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 제1의 실시 형태에 있어서의 전자 빔 차폐 부재를 나타내는 도면이다.
도 3은, 제2의 실시 형태에 있어서의 전자총(1B), 및 전자총(1B)을 탑재한 상대측 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 제3의 실시 형태에 있어서의 전자총(1C), 및 전자총(1C)을 탑재한 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 제4의 실시 형태에 있어서의 전자총(1D), 및 전자총(1D)을 탑재한 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 제4의 실시 형태에 있어서의 중간 전극을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 초점 거리 조정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 제5의 실시 형태에 있어서의 전자총(1E), 및 전자총(1E)을 탑재한 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 검출 신호 중에서, 참조 신호의 주파수에 대응하는 주파수의 신호가 추출되는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시예 1의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 실시예 2의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 제1의 실시 형태에 있어서의 전자 빔 차폐 부재를 나타내는 도면이다.
도 3은, 제2의 실시 형태에 있어서의 전자총(1B), 및 전자총(1B)을 탑재한 상대측 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 제3의 실시 형태에 있어서의 전자총(1C), 및 전자총(1C)을 탑재한 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 제4의 실시 형태에 있어서의 전자총(1D), 및 전자총(1D)을 탑재한 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 제4의 실시 형태에 있어서의 중간 전극을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 초점 거리 조정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 제5의 실시 형태에 있어서의 전자총(1E), 및 전자총(1E)을 탑재한 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 검출 신호 중에서, 참조 신호의 주파수에 대응하는 주파수의 신호가 추출되는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시예 1의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 실시예 2의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서, 전자총, 전자선 적용 장치, 및, 전자총의 제어 방법에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 동종의 기능을 갖는 부재에는, 동일 또는 유사한 부호가 붙여져 있다. 그리고, 동일 또는 유사한 부호가 붙여진 부재에 대해, 반복이 되는 설명이 생략되는 경우가 있다.
또, 도면에 있어서 나타내는 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은, 이해를 용이하게 하기 위해, 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않은 경우가 있다. 이 때문에, 본 출원에 있어서의 개시는, 반드시, 도면에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 한정되지 않는다.
(방향의 정의)
본 명세서에 있어서, 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔이 진행하는 방향을 Z방향으로 정의한다. 또한, Z방향은, 예를 들면, 연직 하향 방향인데, Z방향은, 연직 하향 방향에 한정되지 않는다.
(제1의 실시 형태)
도 1 및 도 2를 참조하여, 제1의 실시 형태에 있어서의 전자총(1A)에 대해 설명한다. 도 1은, 제1의 실시 형태에 있어서의 전자총(1A), 및, 전자총(1A)을 탑재한 상대측 장치(E)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 2는, Z방향에 수직인 방향에서 본 전자 빔 차폐 부재(5)와 Z방향에서 본 전자 빔 차폐 부재(5)를 나타내는 도면이다.
제1의 실시 형태에 있어서의 전자총(1A)은, 광원(2)과, 포토캐소드(3)와, 애노드(4)와, 전자 빔 차폐 부재(5)와, 측정부(6)를 구비한다.
광원(2)은, 포토캐소드(3)에 여기광(L)을 조사함으로써, 전자 빔(B)을 방출할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없다. 광원(2)은, 예를 들면, 고출력(와트급), 고주파수(수백MHz), 초단펄스 레이저 광원, 비교적 염가의 레이저 다이오드, LED 등을 들 수 있다. 조사하는 여기광(L)은, 펄스광, 연속광 중 어느 하나이어도 되고, 목적에 따라 적절히 조정하면 된다. 또한, 도 1에 기재된 예에서는, 광원(2)이, 진공 챔버(CB) 밖에 배치되어, 여기광(L)이, 포토캐소드(3)의 정면측으로부터 조사되고 있는데, 대체적(代替的)으로, 광원(2)을 진공 챔버(CB) 내에 배치해도 되고, 여기광(L)을, 포토캐소드(3)의 배면으로부터 조사되도록 해도 된다.
도 1에 기재된 예에서는, 포토캐소드(3), 애노드(4), 전자 빔 차폐 부재(5)는, 진공 챔버(CB) 내에 배치되어 있다. 포토캐소드(3)는, 광원(2)으로부터 조사되는 여기광(L)의 수광에 따라, 전자 빔(B)을 방출한다. 보다 구체적으로는, 포토캐소드(3) 중의 전자는, 여기광(L)에 의해 여기되고, 여기된 전자가, 포토캐소드(3)로부터 방출된다. 방출한 전자는, 애노드(4)와 캐소드(3)에 의해 형성되는 전계에 의해, 전자 빔(B)을 형성한다. 또한, 본 명세서 중에 있어서의 「포토캐소드」와 「캐소드」의 기재에 관하여, 전자 빔을 방출한다는 의미로 기재하는 경우에는 「포토캐소드」로 기재하고, 「애노드」의 대극(對極)이라는 의미로 기재하는 경우에는 「캐소드」로 기재하는 경우가 있는데, 부호에 관해서는, 「포토캐소드」 및 「캐소드」 중 어느 경우에서도 3을 이용한다.
포토캐소드(3)를 형성하기 위한 포토캐소드 재료는, 여기광을 조사함으로써 전자 빔을 방출할 수 있으면 특별히 제한은 없으며, EA 표면 처리가 필요한 재료, EA 표면 처리가 불필요한 재료 등을 들 수 있다. EA 표면 처리가 필요한 재료로서는, 예를 들면, III-V족 반도체 재료, II-VI족 반도체 재료를 들 수 있다. 구체적으로는, AlN, Ce2Te, GaN, 1종류 이상의 알칼리 금속과 Sb의 화합물, AlAs, GaP, GaAs, GaSb, InAs 등 및 그들의 혼정 등을 들 수 있다. 그 외의 예로서는 금속을 들 수 있으며, 구체적으로는, Mg, Cu, Nb, LaB6, SeB6, Ag 등을 들 수 있다. 상기 포토캐소드 재료를 EA 표면 처리함으로써 포토캐소드(3)를 제작할 수 있으며, 당해 포토캐소드(3)는, 반도체의 갭 에너지에 따른 근자외-적외 파장 영역에서 여기광의 선택이 가능해질 뿐만 아니라, 전자 빔의 용도에 따른 전자 빔원 성능(양자수율, 내구성, 단색성, 시간 응답성, 스핀 편극도)이 반도체의 재료나 구조의 선택에 의해 가능해진다.
또, EA 표면 처리가 불필요한 재료로서는, 예를 들면, Cu, Mg, Sm, Tb, Y 등의 금속 단체, 혹은, 합금, 금속 화합물, 또는, 다이아몬드, WBaO, Cs2Te 등을 들 수 있다. EA 표면 처리가 불필요한 포토캐소드는, 공지의 방법(예를 들면, 일본국 특허 제3537779호 등을 참조)으로 제작하면 된다.
애노드(4)는, 캐소드(3)와 전계를 형성할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없으며, 전자총의 분야에 있어서 일반적으로 이용되고 있는 애노드를 사용할 수 있다.
캐소드(3)로부터 애노드(4)를 향하여 전자 빔(B)을 방출할 수 있으면, 전원의 배치에 특별히 제한은 없다. 도 1에 나타내는 예에서는, 캐소드(3)와 애노드(4) 사이에 전위차가 발생하도록 전원을 배치함으로써, 전계를 형성할 수 있다.
전자 빔 차폐 부재(5)는, 포토캐소드(3)로부터 방출된 전자 빔(B)의 일부가 통과하는 구멍(51)을 구비한다.
제1의 실시 형태에 있어서, 구멍(51)의 폭은, 전자 빔(B)의 폭보다 작은 것으로 되어 있다. 도 2에 예시되는 바와 같이, 전자 빔 차폐 부재(5)에 도달 시의 전자 빔(B)의 폭을 D1, 구멍(51)의 폭을 D2로 했을 경우, 전자 빔(B) 중, 구멍(51)과 겹쳐지는 부분이, 전자 빔 차폐 부재(5)를 통과한다. 한편, 전자 빔(B) 중, 구멍(51)을 통과하지 않았던 차분이 전자 빔 차폐 부재(5)에 의해 차폐된다. 그리고, 전자 빔 차폐 부재(5)에 의해 차폐된 전자 빔이 「측정용 전자 빔」으로서 이용되고, 측정부(6)에 있어서 강도가 측정된다. 또한, D2는 원하는 양의 전자 빔이 통과할 수 있는 크기이면 특별히 제한은 없다. 또, D2에 대한 D1의 크기도, 측정부(6)에서 측정 가능한 측정용 전자 빔이 얻어지면 특별히 제한은 없다. D2에 대한 D1이 커질수록 측정용 전자 빔의 양이 많아지고, 측정부(6)에 있어서의 측정 정밀도가 향상되는데, 포토캐소드(3)로부터 방출한 전자 빔(B) 중, 상대측 장치(E)에 들어가는 전자 빔량은 적어져, 전자선 적용 장치의 운전 효율은 나빠진다. 반대로, D2에 대한 D1이 너무 작으면, 측정용 전자 빔의 양이 적어져, 측정부(6)에 있어서의 측정 정밀도가 낮아진다. 따라서, 측정 정밀도와 운전 효율을 고려하면서, D1 및 D2의 크기는 적절히 조정하면 된다.
또한, 도 1 및 도 2는, 전자 빔(B)으로부터, 항상 측정용 전자 빔을 취득하는 예를 나타내고 있다. 제1의 실시 형태에 있어서는, 구멍(51)의 폭을, 전자 빔(B)의 폭보다 작게 하고 있는데, 구멍(51)의 폭이, 전자 빔(B)보다 커도 된다. 그 경우, 예를 들면, 도시되지 않은 전자 빔 차폐 부재(5)를 이동시키는 이동 수단을 구비하여, 전자 빔(B)의 일부가 전자 빔 차폐 부재(5)에 겹쳐지도록 이동시키고, 소정의 타이밍에서 전자 빔(B)의 일부를 측정용 전자 빔으로서 취득하는 것도 가능하다.
전자 빔 차폐 부재(5)의 재료는, 도체나 반도체이면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 도체라면, 스테인리스 스틸(SUS)이나 구리 등의 금속을 들 수 있다.
측정부(6)는, 전자 빔 차폐 부재(5)에 의해 차폐된 전자 빔(B)의 일부인 측정용 전자 빔을 이용하여, 전자 빔(B)의 강도를 측정한다. 측정부(6)는, 전자 빔(B)의 강도를 측정할 수 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 전자 빔 차폐 부재(5)가 도체인 경우, 측정용 전자 빔에 의해, 전자 빔 차폐 부재(5)와 측정부(6) 사이에 전류가 발생한다. 그 때문에, 전자 빔(B)의 강도는, 측정부(6)에 있어서 전류치로서 측정할 수 있다. 또한, 전류치는 공지의 전류계를 이용하여 측정하면 된다. 그리고, 측정한 전류치는, 전자 빔(B)의 강도에 의존한 것이 되므로, 전류치의 변화를 모니터함으로써, 전자 빔(B)의 강도의 변화를 모니터할 수 있다. 또, 전자 빔 차폐 부재(5)로서 반도체를 이용하여, 측정용 전자 빔이 반도체에 부딪힘으로써 발생한 전류치를 측정할 수도 있다.
또, 측정부(6)는, 전류치를 대신하여, 형광 강도에 의해 전자 빔(B)의 강도를 측정해도 된다. 보다 구체적으로는, 전자 빔 차폐 부재(5)로서 형광 재료를 미리 도포한 도체를 이용하여, 측정용 전자 빔이 형광 재료에 부딪힘으로써 발광한 형광 강도를 측정부(6)에서 측정해도 된다. 또한, 형광 강도는 공지의 형광 광도계를 이용하여 측정하면 된다.
제1의 실시 형태는, 전자총(1A) 내에, 전자 빔 차폐 부재(5)를 배치하여, 전자 빔(B)의 일부를 차폐함으로써, 전자 빔(B)의 강도의 변화를 직접 모니터할 수 있다. 그 때문에, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 리얼 타임으로, 전자 빔(B)의 강도의 변화를 파악할 수 있는 점에서, 적절한 타이밍에서 전자 빔 강도의 회복 처리를 할 수 있다는 효과를 나타낸다. 또한, 전자선 적용 장치의 가동 중에 전자 빔(B)의 강도를 변화시키는 조정을 행했을 경우에도, 전자 빔(B)이 소정의 강도가 되었는지의 여부가 리얼 타임으로 확인을 할 수 있다는 효과도 나타낸다.
또, 제1의 실시 형태에 있어서의 전자총(1A)은, 전자총(1A)이 구비하는 구성만으로, 포토캐소드(3)로부터 방출된 전자 빔(B)의 강도를 직접 모니터할 수 있다. 따라서, 상대측 장치(E)의 구성을 불문하고, 전자 빔(B)의 강도를 모니터할 수 있다는 효과도 나타낸다.
(제2의 실시 형태)
도 3을 참조하여, 제2의 실시 형태에 있어서의 전자총(1B)에 대해 설명한다. 도 3은, 제2의 실시 형태에 있어서의 전자총(1B)의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
제2의 실시 형태에 있어서의 전자총(1B)은, 광원(2)과, 포토캐소드(3)와, 캐소드(4)와, 전자 빔 차폐 부재(5)와, 측정부(6)와, 제어부(7)를 구비한다.
제어부(7)는, 측정부(6)에서 측정한 측정 결과에 따라, 포토캐소드(3)로부터 방출하는 전자 빔(B)의 강도를 조정한다. 전자총(1B)을 일정 시간 사용하면, 포토캐소드(3)의 열화에 의해 전자 빔(B)의 강도가 저하하는 점에서, 측정부(6)에 있어서의 측정치도 저하한다. 그리고, 제어부(7)는, 예를 들면, 측정치가 미리 설정한 역치보다 낮아졌을 경우, 광원(2)을 제어하여 포토캐소드(3)에 조사하는 여기광(L)의 강도를 변화시킴으로써, 포토캐소드(3)로부터 방출되는 전자 빔(B)의 강도를 조정할 수 있다. 또, 제어부(7)는, 측정치에 의거하여, 소정 시간마다 광원(2)을 제어(피드백 제어)함으로써, 전자 빔(B)이 원하는 강도가 되도록 여기광(L)의 강도를 조정하는 것도 가능하다. 피드백 제어하는 빈도는, 전자 빔(B)의 강도의 안정성을 고려하여 적절히 설정하면 된다. 예를 들면, 초 단위로부터 분 단위로 피드백 제어하면 된다. 또한, 제어부(7)에 있어서의 제어는, 예를 들면, PID 제어 등을 이용하여 행할 수 있다.
포토캐소드(3)에 조사하는 여기광(L)의 강도는, 상기와 같이, 광원(2)을 제어하면 되는데, 대체적으로, 어테뉴에이터(21)를 이용해도 된다. 광원(2)과 포토캐소드(3) 사이에 어테뉴에이터(21)를 배치함으로써, 광원(2)이 사출하는 광의 강도는 같지만, 포토캐소드(3)에 조사하는 여기광(L)의 강도를 조정할 수 있다. 물론, 광원(2)과 어테뉴에이터(21) 양쪽 모두를 제어해도 된다.
제2의 실시 형태에 있어서의 전자총(1B)은, 제1의 실시 형태에 있어서의 전자총(1A)의 효과에 더하여, 이하의 효과를 상승적으로 나타낸다.
상대측 장치(E)의 구성을 불문하고, 전자총(1B)측의 구성에 의해, 전자 빔(B)의 강도를 조정할 수 있다. 따라서, 포토캐소드(3)로부터 방출하는 전자 빔(B)의 강도가 일정하게 되도록, 제어부(7)를 이용하여 광원(2) 및/또는 어테뉴에이터(21)를 제어함으로써, 상대측 장치(E)에 강도 변화가 적은 안정적인 전자 빔(B)을 입사할 수 있다. 또, 전자 빔(B)을 조사하는 대상은, 예를 들면, 전자선 적용 장치가 전자현미경이면 생체 또는 비생체 샘플, 전자선 검사 장치이면 반도체 기판 등, 여러 가지이다. 그런데, 전자 빔(B)을 조사하는 강도는 대상에 따라 상이하다. 또, 전자현미경의 경우, 시료의 파손되기 쉬움 등을 확인하기 위해, 시료에 조사하는 전자 빔(B)의 강도를 변화시키는 경우도 있다. 제2의 실시 형태에 있어서의 전자총(1B)은, 제어부(7)를 구비함으로써, 전자총(1B)측의 구성만으로, 상대측 장치(E)에 입사하는 전자 빔(B)이 원하는 강도가 되도록 조정할 수 있다. 또한, 상대측 장치(E)에 입사하는 전자 빔(B)의 강도는, D1 및 D2의 사이즈와, 측정부(6)에서의 측정치와, 그리고, 상대측 장치(E)의 전자 빔(B)을 조사하는 대상에 실제로 조사된 전자 빔의 강도의 관계로부터 테이블을 제작해 둠으로써, 전자총(1)측의 구성에 의해 조정할 수 있다.
(제3의 실시 형태)
도 4를 참조하여, 제3의 실시 형태에 있어서의 전자총(1C)에 대해 설명한다. 도 4는, 제3의 실시 형태에 있어서의 전자총(1C)의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4에 나타내어지는 제3의 실시 형태에 있어서의 전자총(1C)은, 광원(2)과, 포토캐소드(3)와, 애노드(4)와, 전자 빔 차폐 부재(5)와, 측정부(6)와, 제어부(7)와, 포토캐소드 수납 용기(8)를 구비한다. 포토캐소드(3)는, 전자 빔 통과 구멍(8h)을 구비한 포토캐소드 수납 용기(8) 내에 배치되어 있다. 포토캐소드 수납 용기(8) 내에는, 포토캐소드(3)를 EA 표면 처리(환언하면, 전자 친화력의 저하 처리. 또한, 본 명세서에 있어서는, EA 표면 처리하는 것을 「회복」으로 기재하는 경우도 있다.)하기 위한 표면 처리 재료(8m)가 배치되어 있다.
제3의 실시 형태에서는, 제어부(7)는, 측정부(6)에서 측정한 측정 결과에 따라 포토캐소드(3)의 EA 표면 처리를 행함으로써, 전자 빔(B)의 강도를 회복한다. 제3의 실시 형태에 있어서, 포토캐소드 수납 용기(8)는, 후술하는 표면 처리 재료(8m)를 내부에 배치하여 표면 처리 재료(8m)를 기화할 수 있으며, 기화한 표면 처리 재료로 포토캐소드(3)를 EA 표면 처리할 수 있는 용기이다. 포토캐소드 수납 용기(8)는, 적어도 포토캐소드(3)로부터 방출되는 전자가 통과하는 전자 빔 통과 구멍(8h)을 포함하고 있다. 전자 빔 통과 구멍(8h)은, 적어도 전자가 통과할 수 있는 크기이면 되는데, 가공의 용이성, 및 포토캐소드(3)로부터 방출되는 전자와 전자 빔 통과 구멍(8h)의 각도나 위치 관계의 조정을 용이하게 하기 위해, 1nm~10mm의 크기이어도 되고, 50μm~5mm의 크기이어도 된다.
포토캐소드 수납 용기(8)의 재료에 특별히 제한은 없으며, 예를 들면, 유리, 몰리브덴, 세라믹, 사파이어, 티타늄, 텅스텐, 탄탈럼 등의 300℃ 이상, 보다 바람직하게는 400℃의 열에 견딜 수 있는 내열성 재료로 형성할 수 있다.
포토캐소드 수납 용기(8)의 내부에 배치되는 표면 처리 재료(8m)는, EA 표면 처리할 수 있는 재료이면, 특별히 제한은 없다. 표면 처리 재료(8m)를 구성하는 원소로서, 예를 들면, Li, Na, K, Rb, Cs, Te, Sb 등이 예시된다. 또한, 상기 원소 중에서, Li, Na, K, Rb, Cs은 단체에서는 자연발화해 버려, 보존 및 이용을 할 수 없다. 이 때문에, Li, Na, K, Rb, Cs에 관해서는, 이러한 원소의 복합 원소, 이러한 원소를 포함하는 화합물의 형태로 사용할 필요가 있다. 한편, 화합물의 형태로 사용할 경우는, 상기 원소의 증착 시에 불순물 가스가 발생하지 않도록 할 필요가 있다. 따라서, Li, Na, K, Rb, Cs으로부터 선택되는 원소를 표면 처리 재료(8m)로서 사용할 경우는, Cs2CrO4, Rb2CrO4, Na2CrO4, K2CrO4 등의 화합물과 불순물 가스의 발생을 억제하는 환원제를 조합하여 이용하는 것이 바람직하다. 표면 처리 재료(8m)는, 가열 수단을 이용하여 포토캐소드 수납 용기(8) 내에서 기화되어, 포토캐소드(3)에 증착된다.
제3의 실시 형태에 있어서, 제어부(7)는, 측정부(6)에서 측정한 측정치가 미리 설정한 역치보다 낮아졌을 경우에, 포토캐소드 구동 장치(81)를 통해, 포토캐소드(3)를 포토캐소드 수납 용기(8) 내에서 증착 위치로 이동시켜, 표면 처리 재료(8m)를 기화하고, 포토캐소드(3)에 증착을 행하는 제어를 함으로써, 포토캐소드(3)의 EA 표면 처리를 행한다. 포토캐소드 구동 장치(81)는, 포토캐소드(3)를 이동할 수 있으면 특별히 제한은 없으며, 예를 들면, 국제 공개 제2015/008561호, 국제 공개 제2018/186294호에 기재된 구동 장치를 이용할 수 있다. 국제 공개 제2015/008561호 및 국제 공개 제2018/186294호에 기재 사항은, 본 명세서에 포함된다.
또한, 도 4에서는 도시는 생략되어 있지만, 제어부(7)는, 제2의 실시 형태와 동일하게, 광원(2)으로부터 포토캐소드(3)에 조사하는 여기광(L)의 강도도 아울러 조절하는 것도 가능하다. 예를 들면, 우선, 전자 빔(B)의 강도의 조정을 여기광(L)의 강도의 조정으로 행하고, 여기광(L)의 강도가 포화한 후에, 전자 빔(B)의 강도의 저하가 발생했을 때에는, 포토캐소드(3)의 EA 표면 처리를 행할 수도 있다.
제3의 실시 형태에 있어서의 전자총(1C)은, 제1 및 제2의 실시 형태의 전자총(1)의 효과에 더하여, 이하의 효과를 상승적으로 나타낸다.
내부에 표면 처리 재료(8m)가 배치된 포토캐소드 수납 용기(8)를 구비함으로써, 포토캐소드(3)가 열화했을 경우에도, 포토캐소드(3)에 표면 처리 재료(8m)를 증착시킬 수 있다. 따라서, 포토캐소드(3)로부터 방출하는 전자 빔(B)의 강도를, 적절한 타이밍에서 회복하는 것이 가능하다.
(제4의 실시 형태)
도 5 내지 도 7을 참조하여, 제4의 실시 형태에 있어서의 전자총(1D)에 대해 설명한다. 도 5는, 제4의 실시 형태에 있어서의 전자총(1D)의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 6은, 중간 전극의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 7은, 초점 거리 조정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
제4의 실시 형태에 있어서의 전자총(1D)은, 광원(2)과, 포토캐소드(3)와, 애노드(4)와, 전자 빔 차폐 부재(5)와, 측정부(6)와, 중간 전극(9)을 적어도 구비한다. 중간 전극(9)은, 포토캐소드(3)와 애노드(4) 사이에 배치되고, 포토캐소드(3)로부터 방출된 전자 빔(B)이 통과하는 전자 빔 통과 구멍(91)을 갖고 있다. 그리고, 중간 전극(9)은, 전자 빔 통과 구멍(91)을 통과할 때에 전자 빔(B)의 폭을 바꾸어, 전자 빔(B)의 초점의 거리를 조절하는 기능을 갖고 있다. 제4의 실시 형태에서는, 중간 전극(9)이 갖는 전자 빔(B)의 폭을 바꾸는 기능을 이용하여, 측정용 전자 빔을 취득한다.
먼저, 중간 전극(9)의 기능에 대해 설명한다. 중간 전극(9)의 전자 빔 통과 구멍(91)에는, 포토캐소드(3)와 애노드(4) 사이의 전위차에 의해 형성되는 전계의 영향을 무시할 수 있는 드리프트 스페이스가 형성되어 있다. 그리고, 중간 전극(9)에는, 포토캐소드(3)에 인가되는 전압보다 상대적으로 플러스, 애노드(4)에 인가되는 전압보다 상대적으로 마이너스의 전압이 인가된다.
도 6을 참조하여 중간 전극(9)의 개략에 대해 설명한다. 도 6의 A는, 캐소드(3), 중간 전극(9), 애노드(4)의 개략 단면도, 도 6의 B는 도 6의 A의 X-X' 단면도, 도 6의 C는 도 6의 A의 Y-Y' 단면도이다. 도 6에 나타내는 예에서는, 중간 전극(9)은 중공의 원통으로 형성되어 있다. 중간 전극(9)은, 내부에 포토캐소드(3)로부터 방출된 전자 빔이 통과하는 전자 빔 통과 구멍(91)이 형성되고, 전자 빔 통과 구멍(91)의 포토캐소드(3)측에는 전자 빔의 입구(92), 전자 빔 통과 구멍(91)의 애노드(4)측에는 전자 빔의 출구(93)가 형성되어 있다. 캐소드(3)와 애노드(4) 사이에 전위차가 발생하도록 전압을 인가하고, 중간 전극(9)에도 전압을 인가함으로써, 도 6의 A에 나타내는 바와 같이, 캐소드(3)와 중간 전극(9) 사이, 중간 전극(9)과 애노드(4) 사이에는, 전계(EF)가 발생한다.
발생한 전계(EF)가 공극 내의 전자 빔의 운동에 강하게 미치는 영향의 범위는, 공극의 개구부가 원인 경우, 당해 원을 최대 단면으로서 포함하는 구체이다. 따라서, 도 6의 B에 나타내는 전자 빔의 입구(92)의 직경을 a, 도 6의 C에 나타내는 전자 빔의 출구(93)의 직경을 b, 전자 빔 통과 구멍(91)의 중심축 방향의 길이를 D로 규정했을 경우, D/(a/2＋b/2)가 1보다 큰 경우에는, 전자 빔 통과 구멍(91) 내에는, 전계(EF)의 영향을 받지 않는 드리프트 스페이스(94)가 형성된다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「중심축 방향」이란, 전자 빔의 입구(92)의 중심과 전자 빔의 출구(93)의 중심을 이은 방향을 의미한다.
중간 전극(9)을 제작하는 재료는, 도체이면 특별히 제한은 없으며, 스테인리스 스틸(SUS) 등의 금속을 들 수 있다.
도 7은, 초점 위치 조정을 행하는 일례를 나타내는 것이며, 캐소드(3)와 애노드(4)에 인가하는 전압차는 일정하며, 중간 전극(9)에 인가하는 전압치를 변화시킴으로써, 초점 위치를 조정하는 예를 나타내고 있다. 도 7의 A 내지 7의 C에 나타내는 바와 같이, 캐소드(3)의 전압을 -50kV, 애노드(4)의 전압을 0kV로 설정하고, 중간 전극(9)에는, 도 7의 A에서는 -20kV, 도 7의 B에서는 -30kV, 도 7의 C에서는 -40kV의 전압을 인가했다고 한다. 그렇게 하면, 캐소드(3)와 중간 전극(9) 사이의 전압차는, 도 7의 A에서는 30kV, 도 7의 B에서는 20kV, 도 7의 C에서는 10kV가 된다. 즉, 중간 전극(9)에 인가하는 전압을, 캐소드(3)의 전압에 가까운 값으로 할수록, 캐소드(3)와 중간 전극(9) 사이의 전위차는 작아진다. 그리고, 전위차가 작을수록, 캐소드(3)와 중간 전극(9) 사이의 등전위선의 밀도는 작아지는 점에서, 포토캐소드(3)로부터 방출된 전자 빔(B)은, 도 7의 A로부터 도 7의 C의 순으로, 중간 전극(9)을 향하여 확산하기 쉬워진다. 또한, 중간 전극(9)에는 드리프트 스페이스가 형성되어 있는 점에서, 확산하기 쉬운 전자 빔(B)은, 드리프트 스페이스 내에서 더욱 확산한다.
한편, 캐소드(3)와 애노드(4)의 전위차는 일정한 점에서, 중간 전극(9)과 애노드(4) 사이의 전위차는, 캐소드(3)와 중간 전극(9) 사이의 전위차와는 반대가 된다. 즉, 도 7의 A로부터 도 7의 C의 순으로, 중간 전극(9)과 애노드(4) 사이의 전위차는 커지는 점에서, 중간 전극(9)과 애노드(4) 사이의 등전위선의 밀도도 커진다. 또한, 드리프트 스페이스를 나온 후의 전자 빔의 폭은, 도 7의 A로부터 도 7의 C의 순으로 커지는 점에서, 중간 전극(9)을 나온 전자 빔(B)은, 도 7의 A와 비교하여 도 7의 C에 나타내는 예의 쪽이 수속(收束)되기 쉽다. 즉, 중간 전극(9)과 애노드(4) 사이의 전위차가 클수록, 초점 위치(F)를 단초점(短焦點)측으로 이동할 수 있다. 또, 중간 전극(9)의 위치, 크기를 바꿈으로써 초점 위치 조정을 행하는 것도 가능하다. 중간 전극(9)은, 일본국 특허 제6466020호 공보에 의해 상세하게 기재되어 있으며, 일본국 특허 제6466020호 공보에 기재 사항은, 본 명세서에 포함된다.
제4의 실시 형태의 전자총(1D)은, 중간 전극(9)을 갖는 점에서, 전자 빔(B)의 초점 위치를 조정함으로써, 전자 빔 차단 부재(5) 도달 시의 전자 빔(B)의 폭(D1)을 조정하는 것이 가능하다. 따라서, 통상 운전 시에는 전자 빔 차단 부재(5) 도달 시의 전자 빔(B)의 폭(D1)을 전자 빔 차단 부재(5)의 구멍(51)의 폭(D2)보다 작게 하고, 전자 빔(B)의 강도의 측정 시에, 중간 전극(9)에 의해 전자 빔 차단 부재(5) 도달 시의 전자 빔(B)의 폭(D1)을 크게 하여, 측정용 전자 빔을 얻을 수도 있다. 또한, 도 5는, 제어부(7)와, 포토캐소드 수납 용기(8)를 구비한 실시 형태를 나타내고 있는데, 중간 전극(9)을 구비하는 제4의 실시 형태는, 제1 내지 제3의 임의의 실시 형태와 조합할 수 있다.
제4의 실시 형태에 있어서의 전자총(1D)은, 제1 내지 제3의 실시 형태에 따른 전자총(1)이 나타내는 효과에 더하여, 이하의 효과를 상승적으로 나타낸다.
포토캐소드(3)와 애노드(4) 사이에 중간 전극(9)을 배치함으로써, 전자 빔(B)의 강도를 모니터할 때만 전자 빔(B)의 폭을 변화시켜 측정용 전자 빔을 취득할 수 있다. 따라서, 통상 운전 시에는, 전자 빔 차단 부재(5)로 전자 빔(B)이 차폐되지 않기 때문에, 운전 효율이 향상된다. 또, 초점 조정의 용도에 이용되는 중간 전극(9)을, 측정용 전자 빔 취득이라는 새로운 용도에도 이용할 수 있다.
(제5의 실시예)
도 8 및 도 9를 참조하여, 제5의 실시 형태에 있어서의 전자총(1E)에 대해 설명한다. 도 8은, 제5의 실시 형태에 있어서의 전자총(1E)의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 9는, 검출 신호(S1) 중에서, 참조 신호(S2)의 주파수에 대응하는 주파수의 신호가 추출되는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
제5의 실시 형태에 있어서의 전자총(1E)은, 광원(2)과, 포토캐소드(3)와, 캐소드(4)와, 전자 빔 차폐 부재(5)와, 측정부(6)와, 신호 추출기(61)를 적어도 구비한다.
제5의 실시 형태에 있어서의 광원(2)은, 주파수 변조된 주파수 변조광을 사출하는 광원이다. 이하에 있어서, 광원(2)이, 주파수 변조광의 일종인 펄스광을 사출하는 펄스 광원인 예에 대해 설명된다. 대체적으로, 광원(2)은, 펄스광 이외의 주파수 변조광을 사출하는 광원(예를 들면, 강도가 사인 파형으로 변화하는 주파수 변조광을 사출하는 광원)이어도 된다. 이 경우, 이하의 설명에 있어서, 펄스광은, 주파수 변조광으로 바꿔 읽어진다. 또한, 본 명세서에 있어서, 주파수 변조광은, 광의 강도가 주기적으로 변화하는 광을 의미한다. 또, 본 명세서에 있어서, 펄스광은, 주파수 변조광 중, 광의 강도가 실질적으로 제로가 되는 기간이 주기적으로 존재하는 광을 의미한다.
주파수 변조광을 사출하는 광원(2)으로서는, 임의의 구성을 채용 가능하다. 광원(2)의 제1 예로서, Q 스위치 펄스 발진을 이용한 펄스 광원을 이용하는 것이 가능하다. 이 경우, 예를 들면, 광원(2) 내에 포함되는 전기 광학 소자에 전압을 인가함으로써, 전기 광학 소자의 Q값이 변화한다. 그 결과, 전압 인가의 타이밍에 동기(同期)한 펄스광이 얻어진다. 펄스 광원(2)의 제2 예로서, 연속 레이저의 빔 출력을 기계적 셔터(이른바, 광 초퍼를 포함한다)로 ON/OFF하는 광원(2)을 이용하는 것이 가능하다. 기계적 셔터를 대신하여, 액정 셔터, 전기 광학 변조기, 음향 광학 변조기를 이용하여, 연속 레이저 빔으로부터, 펄스광을 생성해도 된다. 광원(2)의 제3 예로서, 반도체 레이저 광원을 이용하는 것이 가능하다. 이 경우, 반도체 소자에 흐르게 하는 전류를 ON/OFF함으로써, 펄스광이 얻어진다. 광원(2)의 제4 예로서, 모드 잠금법을 이용한 펄스 광원을 이용하는 것이 가능하다.
신호 추출기(61)는, 측정부(6)에서 측정된 측정치(S1) 중에서, 여기광(L)(광원(2)으로부터 사출되는 펄스광)의 펄스 주파수에 대응하는 주파수의 신호를 추출한다. 예를 들면, 신호 추출기(61)는, 측정부(6)로부터 측정치(S1)를 수신함과 더불어, 광원(2)으로부터 펄스광의 펄스 파형에 대응하는 신호(참조 신호(S2))를 수신한다. 그리고, 신호 추출기(61)는, 측정부(6)로부터의 측정치(S1) 중, 상술의 참조 신호(S2)의 주파수에 대응하는 주파수의 신호(SA)를 추출한다. 또한, 광원(2)으로부터 사출되는 광이 펄스광 이외의 광인 경우에는, 상기 「펄스 주파수」는, 「변조 주파수」(환언하면, 주파수 변조광의 강도 변화의 주파수)로 바꿔 읽어진다. 펄스 주파수도 변조 주파수의 일종이다.
신호 추출기(61)로서는, 예를 들면, 공지의 로크인 앰프(lock-in amplifier)를 사용할 수 있다. 로크인 앰프는, 측정치(S1) 및 참조 신호(S2)를 수신하여, 측정치(S1)로부터, 참조 신호(S2)의 주파수에 대응하는 주파수의 신호(SA)를 추출한다. 대체적으로, 신호 추출기(61)로서, 측정부(6)에서 측정된 측정치 중에서, 참조 신호의 주파수에 대응하는 주파수의 신호를 추출하는 임의의 전자 회로(예를 들면, 주파수 필터)가 이용되어도 된다. 더욱 대체적으로, 신호 추출기(61)로서 컴퓨터가 이용되어도 된다. 이 경우, 컴퓨터는, 노이즈를 포함하는 신호로부터 특정의 주파수 성분을 추출하는 임의의 컴퓨터 프로그램을 이용하여, 검출 신호 중에서, 참조 신호의 주파수에 대응하는 주파수의 신호를 추출한다. 예를 들면, 컴퓨터에는, 측정부(6)에서 측정된 측정치에 대응하는 신호 데이터, 및, 참조 신호의 주파수에 대응하는 주파수 데이터가 입력되고, 컴퓨터는, 상술의 컴퓨터 프로그램을 이용하여, 상술의 신호 데이터를, 참조 신호의 주파수에 대응하는 주파수 성분이 강조된 데이터로 변환하여 출력한다.
광원(2)을 작동시키는 제어 신호(예를 들면, 광원을 도시하지 않은 전기 광학 소자에 입력되는 전압 신호, 광원의 기계적 셔터를 구동시키는 구동 신호, 반도체 레이저에 입력되는 ON/OFF 신호 등)는, 펄스광의 펄스 주파수와 동일한 주파수를 갖는다. 이 때문에, 신호 추출기(61)에 입력되는 참조 신호로서, 광원(2)을 작동시키는 제어 신호를 이용하는 것이 가능하다. 또한, 패시브 Q 스위치를 이용한 레이저 광원, 모드 잠금법을 이용한 레이저 광원 등을 광원(2)으로서 이용하는 경우, 주파수 변조를 위한 제어 신호를 광원(2)에 보낼 필요가 없다. 이 경우, 광원(2)으로부터 사출된 펄스광의 일부를 포토다이오드로 수광하고, 당해 수광에 의해 생성되는 전기 신호를, 신호 추출기(61)에 입력하는 참조 신호로서 이용해도 된다.
도 9에 예시되는 바와 같이, 측정부(6)로부터 신호 추출기(61)에 송신되는 측정치(S1)에는, 여러 가지 노이즈가 포함된다. 이것에 대해, 측정치(S1) 중, 여기광(L)의 펄스 주파수에 대응하는 주파수의 신호는, 전자 빔 차단 부재(5)가 펄스형의 전자 빔(B)을 받는 것에 기인하여 생성하는 신호일 가능성이 높다. 환언하면, 측정치(S1) 중, 여기광(L)의 펄스 주파수에 대응하는 주파수의 신호(SA)는, 펄스형의 전자 빔(B)이 조사된 영역(전자 빔 차단 부재(5))을 나타내는 신호이며, 노이즈가 제거된 전류치로서, 전자 빔(B)의 강도를 정확하게 반영한 것이라고 말할 수 있다.
또한, 도 8은, 제어부(7)와, 포토캐소드 수납 용기(8)와, 중간 전극(9)과, 어테뉴에이터(21)를 구비한 실시 형태를 나타내고 있는데, 신호 추출기(61)를 구비하는 제5의 실시 형태는, 제1 내지 제4의 임의의 실시 형태와 조합할 수 있다.
제5의 실시 형태에 있어서의 전자총(1E)은, 제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 전자총(1)이 나타내는 효과에 더하여, 이하의 효과를 상승적으로 나타낸다.
측정부(6)에 의해 측정된 전류치 중에서, 펄스광(L)의 펄스 주파수에 대응하는 주파수의 신호를 추출함으로써, 전류치에 포함되는 노이즈 성분을 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 측정용 전자 빔의 양이 적어도, 전자 빔(B)의 강도의 변화를 측정할 수 있다.
전자총을 탑재하는 전자선 적용 장치(E)는, 전자총을 탑재하는 공지의 장치를 들 수 있다. 예를 들면, 자유전자 레이저 가속기, 전자현미경, 전자선 홀로그래피 장치, 전자선 묘화 장치, 전자선 회절 장치, 전자선 검사 장치, 전자선 금속 적층 조형 장치, 전자선 리소그래피 장치, 전자선 가공 장치, 전자선 경화 장치, 전자선 멸균 장치, 전자선 살균 장치, 플라즈마 발생 장치, 원자상 원소 발생 장치, 스핀 편극 전자선 발생 장치, 캐소드 루미네선스 장치, 역광 전자 분광 장치 등을 들 수 있다.
이하에 실시예를 들어, 본 출원에서 개시하는 실시 형태를 구체적으로 설명하는데, 이 실시예는 단지 실시 형태의 설명을 위한 것이다. 본 출원에서 개시하는 발명의 범위를 한정하거나, 혹은 제한하는 것을 나타내는 것은 아니다.
실시예
＜실시예 1＞
광원(2)에는, 레이저 광원(Toptica 제조 iBeamSmart)을 이용했다. 포토캐소드(3)는, Daiki SATO et al. 2016 Jpn. J. Appl. Phys. 55 05FH05에 기재된 공지의 방법으로, InGN 포토캐소드를 제작했다. 포토캐소드 표면의 NEA 처리는, 공지의 방법에 의해 행했다. 전자 빔 차폐 부재(5)는, 스테인리스를 이용하여 제작했다.
광원(2)으로부터 포토캐소드(3)에 레이저광을 조사하고, 포토캐소드(3)와 애노드(4) 사이에는 30kV의 가속 전압을 인가함으로써, 포토캐소드(3)로부터 전자 빔(B)을 방출시켰다. 그리고, 전자 빔 차폐 부재(5)에 의해 취득한 측정용 전자 빔의 전류치는, 100kΩ의 션트 저항의 양단의 전압을 데이터 로거(요코가와전기 제조 MW100)로 측정하여 변환함으로써 취득했다. 측정은 1초마다 행했다.
측정 결과를 도 10에 나타낸다. 가로축은 시간, 세로축은 측정부(6)에서 얻어진 전류치를 나타낸다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 시간이 경과함에 따라, 전류치가 감소했다. 이것은, 시간 경과에 의해, 포토캐소드(3)가 열화하여, 전자 빔(B)의 강도가 감소하고 있는 것을 나타내고 있다. 이상의 결과로부터, 전자총 내에 전자 빔 차폐 부재(5)를 설치하여, 전자 빔(B)의 일부를 차폐함으로써 얻어진 측정용 전자 빔의 강도를 측정함으로써, 전자 빔(B)의 강도를 리얼 타임으로 모니터할 수 있는 것을 확인했다.
＜실시예 2＞
측정부(6)에서 측정하는 전류치가 약 50nA가 되도록 설정하고, 측정부(6)에서 측정한 전류치의 결과를 5초마다 광원(2)에 피드백한 이외는, 실시예 1과 동일한 순서로 측정을 행했다.
측정 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 측정부(6)에서 측정한 전류치에 의거하여 피드백 제어를 함으로써, 설정한 바와 같은 전자 빔(B)의 강도를 안정적으로 유지할 수 있는 것을 확인했다. 또, 측정 도중에, 측정부(6)에서 측정하는 전류치를 50nA에서 20nA가 되도록 설정을 변경한 결과, 전자 빔(B)의 강도가 신속하게 바뀌고, 또한, 설정한 강도의 전자 빔을 안정적으로 방출한 것을 확인했다. 그리고, 피드백 제어를 중지한 다음은, 실시예 1과 동일하게, 전자 빔(B)의 강도가 저하하는 것을 확인했다.
이상의 결과로부터, 측정부(6)에서 측정한 결과를 제어부(7)에서 피드백 제어함으로써, 설정한 강도의 전자 빔을 안정적으로 포토캐소드(3)로부터 방출할 수 있는 것을 확인했다. 또, 설정한 강도의 전자 빔을 안정적으로 방출할 수 있었던 점에서, D1 및 D2의 사이즈와, 측정부(6)에서의 측정치와, 그리고, 상대측 장치(E)의 전자 빔(B)을 조사하는 대상에 실제로 조사된 전자 빔의 강도의 관계로부터 테이블을 제작해 둠으로써, 전자총(1)측의 구성에 의해, 상대측 장치(E)의 대상에 실제로 조사되는 전자 빔 강도(전자량)를 제어할 수 있는 것도 분명해졌다.
본 출원에서 개시하는 전자총, 전자선 적용 장치, 및, 전자총의 제어 방법을 이용하면, 전자총측의 구성만으로 전자 빔의 강도를 모니터할 수 있으며, 적절한 타이밍에서 전자 빔 강도의 조정 및 회복을 할 수 있다. 따라서, 전자총을 취급하는 업자에게 있어서 유용하다.
1: 전자총
2: 광원
21: 어테뉴에이터 3: 포토캐소드
4: 애노드 5: 전자 빔 차폐 부재
51: 구멍 6: 측정부
61: 신호 추출기 7: 제어부
8: 포토캐소드 수납 용기 81: 포토캐소드 구동 장치
8h: 전자 빔 통과 구멍 8m: 표면 처리 재료
9: 중간 전극 91: 전자 빔 통과 구멍
92: 전자 빔의 입구 93: 전자 빔의 출구
94: 드리프트 스페이스 B: 전자 빔
CB: 챔버 D1: 전자 빔의 폭
D2: 구멍의 폭 E: 상대측 장치
L: 여기광 S1: 측정치
S2: 참조 신호 SA: 신호
21: 어테뉴에이터 3: 포토캐소드
4: 애노드 5: 전자 빔 차폐 부재
51: 구멍 6: 측정부
61: 신호 추출기 7: 제어부
8: 포토캐소드 수납 용기 81: 포토캐소드 구동 장치
8h: 전자 빔 통과 구멍 8m: 표면 처리 재료
9: 중간 전극 91: 전자 빔 통과 구멍
92: 전자 빔의 입구 93: 전자 빔의 출구
94: 드리프트 스페이스 B: 전자 빔
CB: 챔버 D1: 전자 빔의 폭
D2: 구멍의 폭 E: 상대측 장치
L: 여기광 S1: 측정치
S2: 참조 신호 SA: 신호
Claims (13)
- 광원과,
광원으로부터의 수광에 따라, 전자 빔을 방출하는 포토캐소드와,
애노드와,
전자 빔의 일부를 차폐할 수 있는 전자 빔 차폐 부재와,
전자 빔 차폐 부재에 의해 차폐한 측정용 전자 빔을 이용하여, 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 강도를 측정하는 측정부를 포함하는, 전자총. - 청구항 1에 있어서,
측정부의 측정 결과에 따라, 포토캐소드로부터 방출되는 전자 빔의 강도를 조정하는 제어부를 추가로 포함하는, 전자총. - 청구항 2에 있어서,
제어부가, 포토캐소드에 조사하는 광의 강도를 제어하는, 전자총. - 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
포토캐소드를 수납할 수 있는 포토캐소드 수납 용기를 포함하고,
포토캐소드 수납 용기의 내부에는, 포토캐소드의 표면 처리를 하기 위한 표면 처리 재료가 배치되고,
제어부는, 포토캐소드 수납 용기에 포토캐소드를 수납하여, 표면 처리 재료로 포토캐소드의 표면 처리를 행하는, 전자총. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
포토캐소드와 애노드 사이에 배치되고, 전압의 인가에 의해 전자 빔의 폭을 바꿀 수 있는 중간 전극을 추가로 포함하는, 전자총. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
광원은, 주파수 변조광을 출사하고,
측정부는, 주파수 변조광의 변조 주파수에 대응하는 주파수의 신호를 추출하는 신호 추출기를 포함하는, 전자총. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 전자총을 포함하는 전자선 적용 장치로서,
전자선 적용 장치는,
자유전자 레이저 가속기,
전자현미경,
전자선 홀로그래피 장치,
전자선 묘화 장치,
전자선 회절 장치,
전자선 검사 장치,
전자선 금속 적층 조형 장치,
전자선 리소그래피 장치,
전자선 가공 장치,
전자선 경화 장치,
전자선 멸균 장치,
전자선 살균 장치,
플라즈마 발생 장치,
원자상 원소 발생 장치,
스핀 편극 전자선 발생 장치,
캐소드 루미네선스 장치, 또는,
역광 전자 분광 장치인, 전자선 적용 장치. - 광원과,
광원으로부터의 수광에 따라, 전자 빔을 방출하는 포토캐소드와,
애노드와,
전자 빔의 일부를 차폐할 수 있는 전자 빔 차폐 부재와,
전자 빔 차폐 부재에 의해 차폐한 측정용 전자 빔을 이용하여, 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 강도를 측정하는 측정부를 포함하는 전자총의 제어 방법으로서,
제어 방법은,
광원으로부터의 여기광을 포토캐소드에 조사하고, 여기광의 수광에 따라 포토캐소드로부터 전자 빔을 방출하는 단계와,
전자 빔 차폐 부재에 의해 차폐한 측정용 전자 빔을 이용하여, 전자 빔의 강도를 측정하는 단계를 포함함으로써, 포토캐소드로부터 방출되는 전자 빔의 강도를 모니터하는, 전자총의 제어 방법. - 청구항 8에 있어서,
전자총이,
측정부의 측정 결과에 따라, 포토캐소드로부터 방출되는 전자 빔의 강도를 조정하는 제어부를 추가로 포함하고,
제어 방법이,
전자 빔의 강도를 측정하는 단계에서 측정한 전자 빔의 강도에 따라, 포토캐소드로부터 방출되는 전자 빔의 강도를 조정하는 단계를 포함하는, 전자총의 제어 방법. - 청구항 9에 있어서,
전자 빔의 강도를 조정하는 단계가, 포토캐소드에 조사하는 광의 강도를 제어하는, 전자총의 제어 방법. - 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
포토캐소드를 수납할 수 있는 포토캐소드 수납 용기를 포함하고,
포토캐소드 수납 용기의 내부에는, 포토캐소드의 표면 처리를 하기 위한 표면 처리 재료가 배치되고,
전자 빔의 강도를 조정하는 단계는, 포토캐소드 수납 용기에 포토캐소드를 수납하여, 표면 처리 재료로 포토캐소드의 표면 처리를 행하는, 전자총의 제어 방법. - 청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
포토캐소드와 애노드 사이에 배치하는 중간 전극을 추가로 구비하고,
중간 전극에 전압을 인가하여, 전자 빔의 폭을 바꾸는 단계를 포함하는, 전자총의 제어 방법. - 청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
여기광이, 주파수 변조광이며,
전자 빔의 강도를 측정하는 단계는, 주파수 변조광의 변조 주파수에 대응하는 주파수의 신호를 추출하여 측정을 행하는, 전자총의 제어 방법.
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