WO2024018570A1 - 荷電粒子源、荷電粒子銃、荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

荷電粒子源、荷電粒子銃、荷電粒子ビーム装置 Download PDF

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    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to a charged particle source that emits charged particles.
  • An electron source is an example of a charged particle source.
  • the electron source is installed in an electron gun of an electron beam application device such as a scanning electron microscope (SEM).
  • SEM scanning electron microscope
  • the electron beam is emitted from the tip of the electron source.
  • the energy difference between the vacuum level and the metal Fermi level of the electron source is the energy required for electrons to escape from the electron source surface, and is called the work function.
  • the work function When the electrons on the surface of the electron source gain energy and exceed the work function, electrons are emitted from the surface of the electron source.
  • a thermionic electron source that accelerates and emits electrons excited by heating
  • a field emission electron source that emits electrons through a tunnel effect when an electric field acts on them. Since the electron source of the thermionic source is heated to a high temperature, surrounding gas molecules are difficult to adsorb. As a result, no layer of other molecules is formed on the surface of the electron source, so the work function of the surface of the electron source becomes constant, and the stability of the emitted current is high. Therefore, it can be used even in a low vacuum operating atmosphere of about 10 ⁇ 3 Pa. However, in the case of a thermionic electron source, the energy of emitted electrons varies widely.
  • This electron emission with a large energy dispersion causes large chromatic aberration when passing through a lens, which contributes to low spatial resolution in the SEM optical system.
  • field emission electron sources are characterized by a small energy dispersion of emitted electrons. This increases the brightness and contributes to high spatial resolution of the SEM.
  • field emission electron sources are usually used at temperatures below room temperature, the work function changes due to adsorption of surrounding gas, and the amount of electron emission fluctuates.
  • the main parameters for electron emission are the temperature of the electron source and the electric field strength at the tip of the electron source.
  • the electron sources there is a thermal field emission electron source (Schottky electron source) that uses both heat and electric field, and is used as an electron source that can achieve both stability of the electron emitted current and high spatial resolution.
  • SEM can image and observe nano-order fine structures using an electron beam that is emitted from an electron source and then passes through multiple apertures and irradiates the sample. This electron beam is called a probe current. Since SEM has high spatial resolution, it is applied in inspection of semiconductor device manufacturing processes. A typical example of inspection is pattern defect inspection, and in order to perform accurate defect inspection, it is desirable that the contrast and brightness of the observed image be constant. When the amount of probe current changes for each observation image, the brightness of the image changes, making automatic defect determination difficult. In this way, testing of semiconductor devices requires continuous operation with a stable probe current for a long time. In addition, in recent years, as semiconductor patterns have become more highly integrated, it has become necessary to observe them with high throughput using a large current probe.
  • Schottky electron sources have excellent stability, but during long-term operation, the probe current may change due to changes in the surface state depending on the vacuum environment and the usage conditions of the electron source (electron source temperature and electric field strength). It becomes an unstable state where the amount fluctuates.
  • the light source diameter is the radius of the light source at the position of the object surface, when the radius of the irradiated probe current is the size of the image of the SEM optical system. If the amount of current is the same, the smaller the light source, the higher the brightness and the higher the spatial resolution. Since the small probe current has a small electron energy dispersion, it is possible to suppress the enlargement of the light source diameter due to chromatic aberration. However, during long-term operation of the Schottky electron source, the electric field strength changes continuously due to changes in the overall shape. This results in a reduction in emission current and a change in brightness.
  • Patent Document 1 The purpose of Patent Document 1 is to overcome this problem of current stability, and proposes the following shape of an electron source.
  • a charged particle source including the thermionic source of Patent Document 1 has an emission facet which is a surface that emits the most electrons, and a first side facet and a second side facet that are adjacent to the emission facet.
  • An edge facet is also formed between the first side facet and the second side facet.
  • the width of the edge facets is 20% to 40% of the width of the emitting facets.
  • This shape can be expected to maintain its shape even under operating conditions where a low electric field is applied at a small probe current.
  • a probe current can be increased by adjusting the optical magnification. This extends the capture of emitted electrons passing through the shibori from the vicinity of the optical axis orthogonal to the center of the emission facet to the part off-axis.
  • the charged particle source of Patent Document 1 is considered to have a needle shape as a whole, and the tip portion described in each figure of the document is formed at the tip of the needle.
  • the shape of the tip in this document is such that the end of the side facet 113 and the side surface of the needle are adjacent to each other.
  • the equipotential surface becomes more distorted as the emitted electrons move away from the axis. This increases energy dispersion and causes the diameter of the light source to increase.
  • Patent Document 2 aims to provide a light source with a small energy dispersion and a small light source diameter even under conditions where the probe current is a large current. As described above, when a large current is obtained, energy dispersion increases and the light source diameter tends to expand. According to the technique described in Patent Document 2, by making the electric field acting on the surface of the tip of the electron source uniform over a wide range, it is possible to suppress energy dispersion when a large current is taken in.
  • the tip of the electron source is spherical as in Patent Document 2
  • the equipotential line near the tip of the electron source is also spherical, so that the energy dispersion of the emitted electrons can be suppressed to the maximum in calculation.
  • a spherical surface is composed of a large number of steps, which contributes to current instability.
  • the atoms that make up the Schottky electron source move using free energy due to heating.
  • the diameter of the needle-shaped electron source increases so that the tip thereof becomes rounded. This movement of atoms is defined as diffusion.
  • the shape of the ⁇ 100 ⁇ plane which is the electron emission surface, changes over time in the most advanced crystal plane of the electron source.
  • the ⁇ 100 ⁇ plane tends to have a stepped shape with two or more steps. Due to the above-described diffusion, this step collapses from the edge of the ⁇ 100 ⁇ plane and moves toward the center. The movement of this step and the diffusion of atoms change depending on the balance between the temperature of the electron source and the strength of the electric field acting on the tip of the electron source to extract electrons.
  • the stepped portion of this electron source is made of a surface other than the ⁇ 100 ⁇ plane, which is the electron emitting surface, and is difficult to emit electrons from. Since this step moves within the ⁇ 100 ⁇ plane of the tip, the amount of probe current becomes unstable every time the step passes. Additionally, due to these effects, the radius of the tip of the electron source expands in the long term, and the electric field strength changes due to the change in shape. As a result, the tip of the electron source continues to diffuse, so it is thought that the probe current will always be unstable.
  • the tip shape of the electron source is close to a spherical surface, high spatial resolution can be expected, but it is extremely difficult to maintain the balance between heat and electric field, and the probe current may become periodically unstable.
  • An electron source used for inspection or length measurement in a scanning electron microscope or the like needs to maintain a stable amount of electron emission from the ⁇ 100 ⁇ plane at the tip over a long period of time.
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, and aims to stabilize the probe current of a charged particle source over a long period of time.
  • the emitter tip includes a first flat surface perpendicular to the optical axis, a plurality of second flat surfaces parallel to the optical axis, and the first flat surface and the second flat surface. and a plurality of third flat surfaces arranged between the second flat surfaces, which are located at positions facing each other across the optical axis among the plurality of second flat surfaces.
  • the first distance is greater than the outer diameter of the boundary between the tip and the needle.
  • the charged particle source according to the present disclosure can easily maintain a stable shape. Similarly to the tip, the shape of the ⁇ 100 ⁇ plane is stable in the four side directions, making it possible to maintain the shape of the tip more firmly.
  • FIG. 1 shows an overall view of an electron source according to Embodiment 1.
  • FIG. It is an enlarged view of the vicinity of the tip of the needle part 101 of the electron source.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the tip shape of the charged particle source according to Embodiment 2. This shows the deformation of the electron source tip due to the diffusion of tungsten atoms.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the tip shape of a charged particle source according to Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a charged particle beam device 600 according to a fourth embodiment.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a charged particle beam device according to a fifth embodiment.
  • the charged particle source according to the present disclosure has a constriction near the tip of a needle, typically made of single crystal tungsten, and has a polyhedral tip portion beyond the constriction.
  • the tip has a constricted shape and is close to a regular polyhedron, the four side surfaces also have a similar shape to the tip, and similar crystal growth is observed in all directions. That is, the above effects can be obtained by using a charged particle source in which the bottom and side surfaces of the tip are composed of rotationally symmetrical crystal planes.
  • FIG. 1 shows an overall view of an electron source according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • a configuration example of a Schottky electron source made of tungsten will be described as a typical charged particle source.
  • the electron source is composed of a needle part 101 that becomes thinner toward the tip, a V-shaped filament part 102, and a zirconia part 103.
  • the vicinity of the root of the needle part 101 and the filament part 102 are fixed by welding.
  • Zirconia is applied to the middle of the needle part 101, and by heating the filament part 102 with electricity, both the needle part 101 and the zirconia part 103 are heated.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the tip of the needle portion 101 of the electron source.
  • the upper part of FIG. 2 is a side view, and the lower part of FIG. 2 is a bottom view (a view with the optical axis of the electron beam in the depth direction).
  • the optical axis 207 will be coaxial with the needle portion 101.
  • the needle portion 101 has a constricted portion 201 near the tip, as shown in FIG. 2, with a width L1>L3.
  • the radius of the electron source temporarily increases from the constriction 201 toward the tip. After that, it becomes a polyhedron-like shape with multiple flat surfaces.
  • the area from the constriction part 201 to the tip is defined as a polyhedral part 202.
  • the constricted portion 201 is located at a position where a sphere that is circumscribed by a plane perpendicular to the optical axis 207 (first flat surface 203) and a side surface parallel to the optical axis 207 intersects the needle portion 101. It is located.
  • the polyhedral section 202 has the following surfaces: a first flat surface 203 that is perpendicular to the optical axis 207; second flat surfaces 204 and 205 that are horizontal to the optical axis 207; and the second flat surface 204 .
  • the second flat surface is composed of a ⁇ 100 ⁇ plane and a ⁇ 110 ⁇ plane that are 4-fold symmetrical about the optical axis 207.
  • the second flat surfaces 204 ( ⁇ 100 ⁇ plane) and the second flat surfaces 205 ( ⁇ 110 ⁇ plane) are arranged alternately at 45° intervals.
  • the third flat surface 206 is arranged in a straight line between the first flat surface 203 and the second flat surface 204 on the surface of the polyhedral section 202 .
  • the electron source in this embodiment is a tungsten single crystal processed into a needle shape, and the optical axis direction is ⁇ 100>.
  • the one whose width is longer in the optical axis direction is the second flat surface 204 ( ⁇ 100 ⁇ plane), and the one whose width is shorter in the optical axis direction is the second flat surface 205 ( ⁇ 110 ⁇ plane).
  • the third flat surface 206 is constituted by a ⁇ 110 ⁇ plane.
  • Zirconia diffuses from the zirconia portion 103 in FIG. 1 toward the tip of the electron source, forming a mixed layer with tungsten. This lowers the work function of the ⁇ 100 ⁇ plane, so electrons are emitted from the ⁇ 100 ⁇ plane.
  • electrons emitted from ⁇ 100 ⁇ of the first flat surface 203 are used as a probe current of a scanning electron microscope. In order to stably emit the probe current, the shape of the first flat surface 203, which is the electron emitting surface, needs to be stable.
  • the electron source in this embodiment has a constriction 201, and the constriction side and the tip side of the polyhedral part 202 are symmetrical, so that diffusion occurs in the opposite direction in the constriction 201. This is considered to have the effect of suppressing changes in the dimension L1 of the polyhedron due to diffusion.
  • a crystal structure that is rotationally symmetrical about the bottom and side surfaces, as in this embodiment, is compared to an electron source whose shape changes rapidly from the electron-emitting surface to a needle shape, such as when the tip shape is a cone or pyramid.
  • a uniform electric field from the first flat surface 203 to the side surfaces This makes it easy to maintain the tip shape over a long period of time.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the tip shape of the charged particle source according to Embodiment 2 of the present disclosure. Similar to FIG. 2, the upper part of FIG. 3 is a side view, and the lower part of FIG. 3 is a bottom view.
  • the charged particle source according to the second embodiment has a feature that the first flat surface 203 has a rectangular shape. When the first flat surface 203 is square as shown in FIG. 3, changes in shape due to diffusion can be more suppressed than when the first flat surface 203 is circular.
  • ⁇ is the free energy
  • ⁇ is the volume of the tungsten atom
  • ⁇ is the surface tension
  • ⁇ is the local curvature
  • ⁇ 0 is the dielectric constant
  • F is the electric field.
  • the free energy gradient of adjacent surfaces causes atoms to diffuse in a direction from higher energy potentials to lower energy potentials.
  • FIG. 4 shows the deformation of the electron source tip due to the diffusion of tungsten atoms.
  • FIG. 4 is a side view further enlarging the vicinity of the first flat surface 203.
  • the tungsten atoms diffuse according to the above-mentioned formula, the tungsten atoms in the surface area surrounded by the dotted line in FIG. That is, the first flat surface 203 gradually becomes narrower.
  • a step is generated at the end of the first flat surface 203, as shown in the solid line on the surface after diffusion. Even after the step is generated, atoms continue to move from the edge of the step, so that the step becomes smaller toward the center.
  • This movement of the step within the first flat surface 203 causes the probe current to become unstable.
  • the term (1/2) ⁇ 0 F 2 using the electric field as a parameter balances the surface tension term ⁇ , it is possible to stop the movement of atoms at that position.
  • the first flat surface 203 has a rectangular shape as in this embodiment, there are crystal planes adjacent to the first flat surface 203 forming each side.
  • the quadrangular shape of the first flat surface 203 includes not only a strictly quadrangular shape but also a case where the corners and sides are rounded but the overall shape is a quadrangular shape. It should be added that the actual ⁇ includes an individual difference of approximately ⁇ 10° from the calculated value due to distortion of the crystal structure.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the tip shape of the charged particle source according to Embodiment 3 of the present disclosure. Similar to FIG. 2, the upper part of FIG. 5 is a side view, and the lower part of FIG. 5 is a bottom view.
  • Embodiment 3 is a modification of Embodiment 2, and as shown in FIG. 5, the width of the third flat surface 206 is r3, and the width of the region between each third flat surface 206, represented by the ⁇ 112 ⁇ plane, is r4. Define.
  • the first flat surface 203 is a quadrilateral, and the orientation of its corners is determined by the arrangement of the corners and sides depending on the ratio between the width r3 of the third flat surface 206 surrounding the first flat surface 203 and the spacing r4. rotates 45°.
  • r3 ⁇ r4 and the third flat surface 206 is arranged in the direction of the corner of the quadrilateral (if the straight line connecting the center of the first flat surface 203 and the corner is extended, the third flat surface 206 An example of a configuration is shown below.
  • the portions of the first flat surface 203 that correspond to the corners of the quadrangle coincide in orientation with the third flat surface 206 that exists on the slope at 90° intervals.
  • the angle ⁇ of the edge at this time is more obtuse than in the second embodiment, and is approximately 145° or more.
  • the sharper the edge the stronger the electric field concentrates on the edge.
  • the intensity of the electric field is concentrated on the outer periphery within the plane of the first flat surface 203, and a difference occurs in the electric field intensity between a paraxial portion and an off-axis portion with respect to the optical axis 207. This increases energy dispersion and expands the light source radius due to lens chromatic aberration. This is one of the causes of deterioration of resolution when used as a scanning electron microscope, and should be avoided in terms of electron source performance.
  • the ratio between the width r3 of the third flat surface 206 and the width r4 of the area including ⁇ 112 ⁇ between the third flat surfaces there is no particular restriction on the ratio between the width r3 of the third flat surface 206 and the width r4 of the area including ⁇ 112 ⁇ between the third flat surfaces.
  • the electric field applied to the edge portion is optimized by changing the size ratio of the surface around the first flat surface 203 according to the electron emission conditions of the electron source. This makes it possible to stabilize the probe current by stabilizing the first flat surface 203, and to maintain a state in which the energy dispersion of electrons, which is a cause of chromatic aberration, is small.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a charged particle beam device 600 according to Embodiment 4 of the present disclosure.
  • the charged particle beam device 600 is equipped with an electron source 601 according to any of the first to third embodiments, and can be applied as a scanning electron microscope.
  • the charged particle beam device 600 has an extraction electrode 602 directly below and opposite to the electron source 601. By applying a voltage to the extraction electrode 602, electrons are extracted from the electron source 601.
  • the electron source 601 and extraction electrode 602 can constitute an electron gun (charged particle gun).
  • a condenser lens 603 is provided in the middle of the charged particle beam device 600, through which an electron beam 605 passes and is focused.
  • a condenser lens 603 adjusts the amount of current of the emitted electron beam 605.
  • An objective lens 604 is provided at the lower stage to focus an electron beam 605 onto a sample 606.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a charged particle beam device according to Embodiment 5 of the present disclosure.
  • FIG. 7 shows the vicinity of the electron source 601.
  • an auxiliary electrode 701 is added between the electron source 601 and the extraction electrode 602 in order to make the tip shape of the electron source 601 uniform.
  • the other configurations are the same as in the fourth embodiment.
  • the electron source 601 In order to maintain the shape of the tip of the electron source 601, it is necessary to balance the surface tension due to temperature and the electric field.
  • the electron source 601 has a polyhedral shape with a constriction, and it is necessary to maintain the shape not only in the axial direction but also in each side direction. Further, since the second flat surface 204 emits a large amount of electrons like the first flat surface 203, it is necessary to make the applied electric field uniform. However, the electric field acting on the electron source by the extraction electrode 602 becomes weaker as the distance from the extraction electrode 602 increases in the order of the first flat surface 203, the third flat surface 206, and the second flat surface 204. Therefore, in this embodiment, an auxiliary electrode 701 is installed that applies an electric field from the second flat surface 204 away from the extraction electrode 602 to the constricted portion 201.
  • the auxiliary electrode 701 has a structure in which it is combined with the extraction electrode 602, and is electrically at the same potential as the extraction voltage.
  • the auxiliary electrode 701 was placed closer to the root than the tip.
  • the ends of the extraction electrode 602 and the auxiliary electrode 701 are arranged on a spherical surface centered on the tip of the electron source. This allows a uniform extraction voltage to be applied over the entire tip of the electron source. Since the shape of the electron source 601 of Embodiments 1 to 3 has a constriction, the bottom and side surfaces are symmetrical, so that the effect of making the electric field uniform can maintain the shape of the electron source.
  • This embodiment also includes a case where the extraction electrode 602 and the auxiliary electrode 701 are electrically insulated from each other and have different potentials.
  • the auxiliary electrode 701 can be modulated with a voltage different from that of the extraction electrode 602, depending on individual differences in the actual electron source and electrode shape. Feedback is applied to control the voltage applied to the auxiliary electrode 701 from the amount of current flowing through each electrode, especially the amount of current emitted from the second flat surface 204 ( ⁇ 100 ⁇ surface). This makes it possible to obtain a uniform electric field centered at the tip of the electron source, which cannot be adjusted with a single electrode.
  • an electron source has been described as an example of a charged particle source, but similar effects can be obtained by using the present disclosure with respect to other charged particle sources such as an ion source that generates ions.
  • the present disclosure is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications.
  • the applicable material for the zirconia part of the electron source is not limited to Zr, but also includes materials such as Ti, Sc, and Ba.
  • the charged particle source according to the present disclosure can be used not only in a scanning electron microscope as in Embodiment 4 but also in a focused ion beam device and an electron beam lithography device. can.
  • Electron source 602 Extraction electrode 603 Condenser lens 604 Objective lens 605 Electron beam 606 Sample 701 Auxiliary electrode

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

本開示は、荷電粒子源のプローブ電流を長時間にわたって安定させることを目的とする。本開示に係る荷電粒子源において、エミッタ先端部は、光軸に対して垂直な第１平坦面、前記光軸に対して平行な複数の第２平坦面、前記第１平坦面と前記第２平坦面との間に配置された複数の第３平坦面、を有しており、前記複数の第２平坦面のうち、前記光軸を介して互いに対向する位置に存する前記第２平坦面間の第１距離は、前記先端部と前記針部との間の境界部の外径よりも大きい（図２参照）。

Description

荷電粒子源、荷電粒子銃、荷電粒子ビーム装置
　本開示は、荷電粒子を放出する荷電粒子源に関する。
　電子源は荷電粒子源の１例である。電子源は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）をはじめとした電子線応用装置の電子銃に搭載されている。電子線は電子源の先端から放出される。真空準位と電子源の金属フェルミ準位との間のエネルギー差は、電子源表面から電子が飛び出るのに必要なエネルギーであり、仕事関数と呼ばれる。電子源表面の電子がエネルギーを得ることによって仕事関数を超えた時、電子源表面から電子が放出される。
　電子を放出する手段は複数あり、加熱によって励起された電子を加速して放出する熱電子源や、電界が作用することによりトンネル効果で放出される電界放出電子源がある。熱電子源は電子源が高温に加熱されているので、周囲のガス分子が吸着しにくい。これにより電子源表面に他の分子の層が形成されないので、電子源表面の仕事関数が一定となり、放出した電流の安定性が高い。したがって動作雰囲気が１０－３Ｐａ程度の低真空においても使用可能である。しかし熱電子源の場合、放出された電子が持つエネルギーのばらつきが大きい。このエネルギー分散の大きな電子放出は、レンズを通過する際に発生する色収差が大きく、ＳＥＭ光学系における低空間分解能の一因となる。他方で電界放出電子源は放出した電子のエネルギー分散が小さいという特徴を持つ。これにより輝度が高くなり、ＳＥＭの高空間分解能に寄与する。しかし通常、電界放出電子源は常温以下で使用されるので、周囲のガスが吸着することにより、仕事関数が変化して電子放出量が変動する。
　このように電子の放出は、電子源の温度と、電子源先端の電界強度とが主なパラメータとなっている。電子源のなかには、この熱と電界の両方を用いた熱電界放出電子源（ショットキー電子源）があり、電子放出した電流の安定性と高空間分解能を両立できる電子源として使用されている。
　ＳＥＭは電子源から電子を放出した後、複数の絞りを通過してサンプルまで照射された電子ビームを用いて、ナノオーダーの微細な構造を撮像して観察できる。この電子ビームをプローブ電流という。ＳＥＭは高空間分解能を有するので、半導体デバイスの製造工程の検査において応用されている。検査の代表例としてはパターンの欠陥検査が挙げられ、正確な欠陥検査を実施するためには観察画像のコントラストや明るさが一定であることが望まれる。プローブ電流量が観察画像毎に変化すると画像の明るさが変化し、欠陥の自動判別が困難となる。このように半導体デバイスの検査には長時間の安定したプローブ電流での連続稼働が要求される。かつ，近年では半導体パターンの高集積化にともない、大電流プローブによって高スループットで観察することが必要とされる。
　ショットキー電子源は安定性に優れているが、このように長期稼働する間において、真空環境や電子源の使用条件（電子源の温度や電界強度）に依存した表面状態の変化によって、プローブ電流量が変動する不安定な状態になる。
　本願に関連する先行特許文献は、電子源に作用する電界に対して電子源形状が大きく寄与することに着目している。以下に先行の特許文献の目的と特徴について紹介する。
　半導体デバイス検査装置において、高空間分解能を実現するためには光源径を小さくする必要がある。光源径とは、照射されたプローブ電流の半径をＳＥＭ光学系の像のサイズとした時、物面の位置における光源の半径である。同じ電流量であれば光源が小さいほど輝度が高く、高空間分解能であることを意味する。小電流のプローブ電流は電子のエネルギー分散が小さいので、色収差による光源径の拡大を抑制できる。しかし、ショットキー電子源は長期動作において、全体的な形状が変化することにより、電界強度が連続して変化する。これにより放出電流の低減および輝度の変化が生じる。
　特許文献１はこの電流の安定性の課題に対する克服が目的であり、電子源の以下の形状を提案している。特許文献１の熱電子源を含む荷電粒子源は、最も電子を放出する面である放出ファセット、放出ファセットと隣接する第１の側部ファセットおよび第２の側部ファセット、を有する。また第１の側部ファセットと第２の側部ファセットとの間にエッジファセットが形成されている。エッジファセットの幅は、放出ファセットの幅の２０％～４０％である。
　この形状は、小電流のプローブ電流において低い電界を印加する動作条件であっても、形状を維持する効果が期待できる。しかし前述した通り、大電流のプローブ電流による高スループット検査の要求も強く、高空間分解能との両立が求められる。大電流を用いるために電子源を高温高電界で使用した場合、色収差による光源径の拡大が支配的になる。別の手段として光学倍率の調整によりプローブ電流を増加できる。これは放出ファセットの中心で直交する光軸近傍から離軸した部分まで、シボリを通過する放出電子の取り込みを拡張している。
　特許文献１の荷電粒子源は、全体としては針形状を有し、針の先端に同文献の各図が記載している先端部が形成されていると考えられる。同文献における先端部形状は、側部ファセット１１３の端部と針部の側面が隣接するように形成されている。このように先端部がファセットから針形状へ急峻に切り替わる場合、放出電子が離軸するほど等電位面が歪になる。これによりエネルギー分散が大きくなり、光源径が拡大する原因となる。
　特許文献２は、プローブ電流が大電流となる条件においても、放出される電子のエネルギー分散が小さく、小さい光源径であることを目的としている。前述したように、大電流を得る場合にはエネルギー分散が増加して光源径は拡大に向かう。特許文献２記載の技術によれば、電子源先端の表面に作用する電界を広い範囲にわたって均一にすることにより、大電流を取り込んだ際のエネルギー分散を抑制することができる。
　したがって、特許文献２のように電子源先端が球面である場合、電子源先端付近の等電位線も球面となるので、放出された電子のエネルギー分散を計算上は最大限抑制できる。しかし、現実には多数の段差によって球面が構成されており、これが電流不安定性に寄与する。
特開２０１７－１５７５５８公報 ＷＯ２０２０１１５８２５Ａ１
　ショットキー電子源を構成する原子は、加熱による自由エネルギーで移動をする。これにより、針形状の電子源の先端が丸みを帯びるように径が拡大する。この原子の移動を拡散と定義する。
　特に同じ径の電子源の先端で比較すると、球形に近い形状ほど自由エネルギーが高く、電子源を形成する原子の拡散が発生しやすい。これにより、電子源の最先端の結晶面において、電子放出面である｛１００｝面の形状が経時的に変化する。
　特許文献２の荷電粒子源のように、口径が大きく、先端表面が球形に近い形状の場合、｛１００｝面が２段以上の段差形状である傾向がある。この段差は前記した拡散により、｛１００｝面の端から崩壊して、中心に向かうように段差が移動する。この段差の移動および原子の拡散は、電子源の温度と、電子を引き出すために電子源先端に作用している電界の強さとのバランスによって変化する。
　この電子源の段差部分は、電子放出面である｛１００｝面以外で構成されており、電子が放出しにくい。この段差が先端の｛１００｝面内を移動するので、段差が通過する度にプローブ電流量が不安定となる。また、これらの影響により長期的には電子源先端の半径が拡大し、形状の変化によって電界強度が変化する。これにより電子源先端は拡散し続けるので、プローブ電流は常に不安定となると考えられる。
　電子源の先端形状が球面に近い場合、高空間分解能が期待できるが、熱と電界のバランスの維持が非常に難しく、プローブ電流が周期的に不安定になる可能性がある。走査型電子顕微鏡などにおいて検査や測長のために応用される電子源は、長時間安定した先端｛１００｝面からの電子放出量を維持する必要がある。
　本開示は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、荷電粒子源のプローブ電流を長時間にわたって安定させることを目的とする。
　本開示に係る荷電粒子源において、エミッタ先端部は、光軸に対して垂直な第１平坦面、前記光軸に対して平行な複数の第２平坦面、前記第１平坦面と前記第２平坦面との間に配置された複数の第３平坦面、を有しており、前記複数の第２平坦面のうち、前記光軸を介して互いに対向する位置に存する前記第２平坦面間の第１距離は、前記先端部と前記針部との間の境界部の外径よりも大きい。
　本開示に係る荷電粒子源は、安定な形状を容易に維持できる。側面４方向に関しても先端と同様に｛１００｝面の形状が安定し、より強固に先端の形状を維持することが可能となる。
実施形態１に係る電子源の全体図を示す。 電子源の針部１０１の先端付近の拡大図である。 実施形態２に係る荷電粒子源の先端形状の拡大図である。 タングステン原子の拡散による電子源先端の変形を示す。 実施形態３に係る荷電粒子源の先端形状の拡大図である。 実施形態４に係る荷電粒子ビーム装置６００の構成図である。 実施形態５に係る荷電粒子ビーム装置の構成図である。
＜実施の形態１：基本原理＞
　以下ではまず本開示の実施形態の基本原理について説明し、次に実施形態の具体的構成を説明する。電子源の半径をｒ、熱による拡散で単位時間あたりに増加する電子源の半径をｄｒ／ｄｔと定義する。電子源の加熱に加えて電界を作用させた時の、半径の時間変化を（ｄｒ／ｄｔ）Ｆと定義すると、以下の式で表せる。でＦは電子源先端にかかる電界、νは電子源の表面に働く表面張力を示す：（ｄｒ／ｄｔ）Ｆ＝（１－Ｆ２ｒ／８πν）ｄｒ／ｄｔ。
　（１－Ｆ２ｒ／８πν）＝０となるＦ以上の電界がかかることにより、拡散による変形を抑制することが可能である。先端形状が球面である場合、広い範囲で均一な電界を作用することができる利点があるが、バランスが崩れた条件で電子放出した場合、電子源先端の全体にわたって拡散が発生する。
　電子源の先端において、可能な限り広い範囲で曲率を変化させないためには、くびれを持ち先端が球体に近い形状が有効である。これによりプローブ電流に関わる最先端の曲率を一定にできる。しかし完全な球体ではなく、局所的に曲率が変化する箇所をもつことにより、先端形状を長時間にわたって維持できる。
　そこで本開示に係る荷電粒子源は、単結晶タングステンを代表とする針状の先端付近でくびれを持ち、くびれから先が多面体形状の先端部を持つ。この多面体は、上面と側面４方向にいずれも｛１００｝面を持つ。この上面の｛１００｝面を中心にして、側面の｛１００｝面との間に上面から４５°傾いた｛１１０｝面の斜面を持つ。これにより｛１００｝面の周囲を局所的に強電界とし、（１－Ｆ２ｒ／８πν）＝０に近づけることができる。また、くびれを持ち正多面体に近い先端形状であるので、側面４方向も先端と類似の形状となり、全方位で同様の結晶成長がみられる。すなわち、先端の底面および側面が回転対称の結晶面で構成された荷電粒子源とすることにより、以上の効果が得られる。
＜実施の形態１：荷電粒子源の構成＞
　図１は、本開示の実施形態１に係る電子源の全体図を示す。本実施形態１においては、代表的な荷電粒子源として、タングステンにより形成されたショットキー電子源の構成例を説明する。
　電子源は、先端に向かい細くなるような針部１０１、Ｖ字に曲がったフィラメント部１０２、ジルコニア部１０３、によって構成される。針部１０１の根元付近とフィラメント部１０２が溶接により固定される。針部１０１の中腹にジルコニアが塗布されており、フィラメント部１０２を通電加熱することによって、針部１０１とジルコニア部１０３をともに加熱する。
　図２は、電子源の針部１０１の先端付近の拡大図である。図２上段は側面図、図２下段は底面図（電子線の光軸を奥行方向とする図）である。電子源の先端から放出される電子ビームの中心軸を光軸２０７と定義すると、光軸２０７は針部１０１と同軸となる。針部１０１は、先端近傍部分で図２に示すように幅Ｌ１＞Ｌ３となるくびれ部２０１を持つ。くびれ部２０１から先端に向かうにつれて、一時的に電子源の半径が大きくなる。その後は複数の平坦面を持つ多面体のような形状となる。くびれ部２０１から先端までを多面体部２０２と定義する。光軸２０７に対して垂直な面（第１平坦面２０３）と、光軸２０７に対して平行な側面とに対してそれぞれ外接する球が、針部１０１と交差する位置に、くびれ部２０１が配置されている。
　多面体部２０２は以下の面を有する：光軸２０７に対して垂直な面である第１平坦面２０３；光軸２０７に対し水平な面である第２平坦面２０４と２０５；第１平坦面２０３と第２平坦面２０４との間の第３平坦面２０６。第２平坦面は、光軸２０７を中心に４回対称の｛１００｝面と｛１１０｝面で構成される。第２平坦面２０４（｛１００｝面）と第２平坦面２０５（｛１１０｝面）は、交互に４５°間隔で配置されている。第３平坦面２０６は、第１平坦面２０３と第２平坦面２０４との間で、多面体部２０２の表面上において一直線に並ぶように配置されている。
　本実施形態における電子源は、タングステンの単結晶を針状に加工したものであり、光軸方向は＜１００＞とする。幅が光軸方向に長い方が第２平坦面２０４（｛１００｝面）、光軸方向に短い方が第２平坦面２０５（｛１１０｝面）である。第３平坦面２０６は｛１１０｝面により構成される。
　第２平坦面２０４（｛１００｝面）に関して、光軸２０７に垂直な方向の幅をｒ１と定義し、光軸に平行な方向の幅をｒ２と定義したとき、ｒ１＜ｒ２となる。第１平坦面２０３からくびれ部２０１位置までの光軸方向の距離Ｌ２と比較すると、Ｌ２＞ｒ２となる。くびれ部２０１の直径をＬ３とした時、Ｌ１＞Ｌ３＞ｒ１である。
　図１のジルコニア部１０３から電子源の先端部に向けてジルコニアが拡散し、タングステンとの混合層を形成する。これにより｛１００｝面の仕事関数が低下するので、電子は｛１００｝面から放出される。特に第１平坦面２０３の｛１００｝から放出される電子は走査型電子顕微鏡のプローブ電流として利用される。プローブ電流が安定して放出するためには、電子放出面である第１平坦面２０３の形状が安定している必要がある。
　電子源を構成しているタングステン原子においては、熱をパラメータとした表面張力が働いており、半径が大きくなる方向に原子が拡散する。これにより形状が経時変化し、電界の強度や結晶面の大きさが一定とならず、プローブ電流が不安定となる。これに対し、本実施形態における電子源はくびれ部２０１を持ち、多面体部２０２のくびれ側と先端側が対称な形状となるので、くびれ部２０１においては逆方向に拡散が発生する。これにより、拡散による多面体の寸法Ｌ１の変化を抑える効果があると考えられる。
　本実施形態のように、底面および側面について回転対称な結晶構造は、先端形状が円錐や角錐などである場合のように、電子放出面から針形状へと急激に形状が変化する電子源と比較して、第１平坦面２０３から側面までにわたって均一な電界を印加しやすい。これにより先端形状を長時間にわたって維持することが容易である。
＜実施の形態２＞
　図３は、本開示の実施形態２に係る荷電粒子源の先端形状の拡大図である。図２と同様に、図３上段は側面図、図３下段は底面図である。本実施形態２に係る荷電粒子源は、実施形態１の特徴に加えて、第１平坦面２０３の形状が四角形である特徴を持つ。第１平坦面２０３が図３のように四角形である場合、円形の時に比べ拡散による形状の変化をより抑制できる。
　拡散はタングステン原子の表面の自由エネルギーとして以下の式で表現することができる：μ＝Ω｛νκ－（１／２）ε０Ｆ２｝。μが自由エネルギー、Ωがタングステン原子の体積、νが表面張力、κが局所曲率、ε０が誘電率、Ｆが電界である。隣接する表面の自由エネルギーの勾配によって、エネルギーの高いポテンシャルから低いポテンシャルへ向かう向きに原子が拡散する。
　図４は、タングステン原子の拡散による電子源先端の変形を示す。図４は第１平坦面２０３周辺をさらに拡大した側面図である。前述の式にしたがってタングステン原子が拡散するとき、図４の点線で囲んだ表面部分のタングステン原子が側面を伝って第１平坦面２０３から遠ざかるように根元方向に移動する。すなわち、第１平坦面２０３が次第に狭くなっていく。それにより実線で描かれた拡散後の表面のように、第１平坦面２０３の端に段差が発生する。段差発生後も、段差の端からの原子の移動が続くことにより、段差は中心に向かい小さくなる。この第１平坦面２０３内での段差の移動によりプローブ電流が不安定となる。しかし、電界をパラメータとする項（１／２）ε０Ｆ２が、表面張力の項νκと釣り合うことにより、原子の移動をその位置で止めることが可能である。
　本実施形態のように第１平坦面２０３の形状を四角形とした場合、各辺を構成する第１平坦面２０３と隣接する結晶面が存在する。この隣接する面は第３平坦面２０６もしくは各第３平坦面２０６の間に存在する｛１１２｝面である。第１平坦面２０３の四角形４辺と隣接面とが作る角度をαと定義すると（図３参照）、第３平坦面２０６の傾斜は第１平坦面２０３に対して結晶構造から４５°傾いているので、α＝１８０°－４５°＝１３５°以上の角度を持ったエッジとなる。これが局所的に曲率の小さいエッジ部分となり、熱による表面張力の抑制と強電界の発生を引き起こし、釣り合う方向に近づく。
　第１平坦面２０３の四角形状は、厳密に四角形である場合の他に、角や辺が丸みを帯びているが全体的な形状は四角形である場合を含む。実際のαは結晶構造の歪などに起因して、計算上の値に対して±１０°程度の個体差を含むことを付言しておく。
＜実施の形態３＞
　図５は、本開示の実施形態３に係る荷電粒子源の先端形状の拡大図である。図２と同様に、図５上段は側面図、図５下段は底面図である。実施形態３は実施形態２の変形例であり、図５のように第３平坦面２０６の幅をｒ３、｛１１２｝面を代表とする各第３平坦面２０６間の領域の幅をｒ４と定義する。
　第１平坦面２０３は四角形であり、その角の向きは、第１平坦面２０３を囲む第３平坦面２０６の幅ｒ３と、その間隔であるｒ４との間の比率によって、角と辺の配置が４５°回転する。本実施形態においては、ｒ３≦ｒ４であり、四角形の角の向きに第３平坦面２０６が配置されている（第１平坦面２０３の中心と角を結ぶ直線を延長すると、第３平坦面２０６と交差する）構成例を示す。
　図５に示すように、第１平坦面２０３の四角形の角に当たる部分が９０°間隔で斜面上に存在する第３平坦面２０６と方位が一致する。この時のエッジの角度αは実施形態２より鈍角となり、およそ１４５°以上である。エッジが鋭利となるほど、エッジ部分に集中して強い電界が作用する。これにより第１平坦面２０３の面内で電界の強度が外周に集中し、光軸２０７に対して近軸部分と離軸した部分との間の電界強度に差が生じる。これによりエネルギー分散が大きくなり、レンズの色収差によって光源半径が拡大する。これは走査型電子顕微鏡として利用した場合、分解能の劣化の要因の１つであり、電子源の性能として避けるべきである。
　実施形態２～３において、第３平坦面２０６の幅ｒ３、および第３平坦面間の｛１１２｝をはじめとする領域の幅ｒ４との間の比率は、特に制限を持たない。電子源の電子放出条件に応じて、第１平坦面２０３周囲の面の大きさの比率を変化させることにより、エッジ部分にかかる電界を最適化する。これにより、第１平坦面２０３が安定することによるプローブ電流の安定化、および色収差の要因である電子のエネルギー分散が小さい状態を両立できる。
＜実施の形態４＞
　図６は、本開示の実施形態４に係る荷電粒子ビーム装置６００の構成図である。荷電粒子ビーム装置６００は、実施形態１～３いずれかに係る電子源６０１を搭載し、走査型電子顕微鏡として応用できる。
　荷電粒子ビーム装置６００は、電子源６０１の直下に対向するように引出電極６０２を持つ。引出電極６０２に対して電圧を印加することにより、電子源６０１から電子が引き出される。電子源６０１と引出電極６０２によって、電子銃（荷電粒子銃）を構成することができる。荷電粒子ビーム装置６００の中段にコンデンサレンズ６０３を持ち、電子ビーム６０５が通過し集束する。コンデンサレンズ６０３により、放射された電子ビーム６０５の電流量を調整する。下段には対物レンズ６０４を持ち、サンプル６０６に向けて電子ビーム６０５を集束する。
＜実施の形態５＞
　図７は、本開示の実施形態５に係る荷電粒子ビーム装置の構成図である。図７は電子源６０１周辺を示す。本実施形態においては、実施形態４で説明した構成に加えて、電子源６０１と引出電極６０２との間に、電子源６０１の先端形状均一化のため、補助電極７０１を追加した。その他の構成は実施形態４と同様である。
　電子源６０１の先端形状を維持するためには、温度による表面張力と電界のつり合いが必要となる。電子源６０１はくびれを持つ多面体形状となっており、軸方向だけでなく側面の各方向の形状を維持する必要がある。また、第２平坦面２０４は第１平坦面２０３と同様に電子を大量に放出するので、作用する電界を均一にする必要がある。しかし、引出電極６０２による電子源に作用する電界は、第１平坦面２０３、第３平坦面２０６、第２平坦面２０４の順に、引出電極６０２から離れるほど弱くなる。そこで本実施形態においては、引出電極６０２から離れる第２平坦面２０４からくびれ部２０１にかけて電界を印加する補助電極７０１を設置する。
　補助電極７０１は引出電極６０２と組み合わせる構造となっており、電気的に引出電圧と等電位となっている。電子源先端の多面体部２０２の根元側に作用する電界のばらつきを低減するために、補助電極７０１を、先端よりも根本側に配置した。さらに、電界を均一にするために、電子源先端を中心とした球面上に、引出電極６０２と補助電極７０１それぞれの端部を配置する。これにより電子源先端全体にわたって均一な引出電圧を印加できる。実施形態１～３の電子源６０１の形状がくびれを持つことにより底面と側面が対称的であるので、この電界を均一にする効果により、電子源の形状を維持する作用を得ることができる。
　本実施形態は、引出電極６０２と補助電極７０１が互いに電気的に絶縁されており、異なる電位である場合も含む。この場合は、実際の電子源や電極の形状の個体差に応じて、補助電極７０１を引出電極６０２とは異なる電圧で変調できる。各電極に流れる電流量、特に第２平坦面２０４（｛１００｝面）から放出される電流量から、補助電極７０１に印加する電圧の制御にフィードバックをかける。これにより単一の電極では調整不可能な、電子源先端を中心とした均一な電界を得ることができる。
＜本開示の変形例について＞
　以上の実施形態において、荷電粒子源として電子源を例に説明したが、イオンを発生させるイオン源などの他の荷電粒子源について本開示を用いることにより、同様の効果を得ることができる。本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく様々な変形例が含まれる。例えば電子源のジルコニア部に関して該当する材料はＺｒのみに限定せずＴｉ、Ｓｃ、Ｂａなどの材料も含む。
　本開示に係る荷電粒子ビーム装置の応用例として、実施形態４のような走査型電子顕微鏡だけでなく、集束イオンビーム装置や電子線描画装置についても、本開示に係る荷電粒子源を用いることができる。
１０１　針部
１０２　フィラメント部
１０３　ジルコニア部
２０１　くびれ部
２０２　多面体部
２０３　第１平坦面
２０４　第２平坦面（｛１００｝面）
２０５　第２平坦面（｛１１０｝面）
２０６　第３平坦面
２０７　光軸
６０１　電子源
６０２　引出電極
６０３　コンデンサレンズ
６０４　対物レンズ
６０５　電子ビーム
６０６　サンプル
７０１　補助電極

Claims (14)

  1. 　先端から荷電粒子を放出するエミッタを備えた荷電粒子源であって、
    　前記エミッタは、先端部と、前記先端部に向かって先細る形状を有する針部とを有し、
    　前記先端部は、
    　　前記荷電粒子源の長手方向の結晶軸に一致した光軸に対して垂直な第１平坦面、
    　　前記光軸に対して平行な複数の第２平坦面、
    　　前記第１平坦面と前記第２平坦面との間に配置された複数の第３平坦面、
    　を有しており、
    　前記複数の第３平坦面は、前記第１平坦面に対して平行な平面、前記第１平坦面に対して直交する平面、前記第２平坦面に対して平行な平面、および、前記第２平坦面に対して直交する平面いずれとも異なる平面内に配置されており、
    　前記複数の第２平坦面のうち、前記光軸を介して互いに対向する位置に存する前記第２平坦面間の第１距離は、前記先端部と前記針部との間の境界部の外径よりも大きい
    　ことを特徴とする荷電粒子源。
  2. 　前記光軸が延伸する方向を法線とする面を｛１００｝面としたとき、前記第１平坦面は｛１００｝面である
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子源。
  3. 　前記光軸が延伸する方向を法線とする面を｛１００｝面としたとき、前記複数の第２平坦面は、｛１００｝面と｛１１０｝面によって構成されている
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子源。
  4. 　前記光軸が延伸する方向を法線とする面を｛１００｝面としたとき、前記第３平坦面は｛１１０｝面である、
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子源。
  5. 　｛１００｝面によって構成されている前記第２平坦面は、前記光軸の延伸方向における最大サイズが、前記光軸に対して直交する方向における最大サイズよりも大きい
    　ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子源。
  6. 　前記複数の第２平坦面は、４つの｛１００｝面および４つの｛１１０｝面によって構成されている
    　ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子源。
  7. 　前記第３平坦面は、４つの｛１１０｝面によって構成されている
    　ことを特徴とする請求項４記載の荷電粒子源。
  8. 　前記第１平坦面は四角形であることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子源。
  9. 　前記第１平坦面を含む平面に対して前記第３平坦面を投影したとき、前記第１平坦面の中心と４つの角部をそれぞれ結ぶ４つの直線上に、４つの前記第３平坦面がそれぞれ配置されている
    　ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子源。
  10. 　前記エミッタは、タングステンの単結晶によって構成されており、
    　前記針部にはジルコニアが塗布されている
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子源。
  11. 　請求項１記載の荷電粒子源、
    　前記荷電粒子源に対して電界を作用させることにより前記荷電粒子源から前記荷電粒子を引き出す引出電極、
    　を備え、
    　前記引出電極のうち前記先端部に対して最も近い部位は、前記先端部を中心とする球面上に配置されている
    　ことを特徴とする荷電粒子銃。
  12. 　前記荷電粒子銃はさらに、前記先端部に対して最も近い部位が前記球面上に配置された補助電極を備え、
    　前記補助電極は、前記先端部と前記針部との間の境界部分に対して前記引出電極が作用させる電界のばらつきを低減する補助電界を、前記荷電粒子源に対して作用させる
    　ことを特徴とする請求項１１記載の荷電粒子銃。
  13. 　請求項１記載の荷電粒子源を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
  14. 　請求項１１記載の荷電粒子銃を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
PCT/JP2022/028263 2022-07-20 2022-07-20 荷電粒子源、荷電粒子銃、荷電粒子ビーム装置 Ceased WO2024018570A1 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2026075020A1 (ja) * 2024-10-03 2026-04-09 デンカ株式会社 エミッタ、および電子銃

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4973967A (ja) * 1972-09-29 1974-07-17
JP2008091307A (ja) * 2006-09-05 2008-04-17 Denki Kagaku Kogyo Kk 電子源
WO2020115825A1 (ja) * 2018-12-05 2020-06-11 株式会社日立ハイテク 荷電粒子源、荷電粒子線装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2444990B1 (en) * 2010-10-19 2014-06-25 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Simplified particle emitter and method of operating thereof
US9697983B1 (en) 2016-02-29 2017-07-04 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Thermal field emitter tip, electron beam device including a thermal field emitter tip and method for operating an electron beam device
TWI821618B (zh) * 2019-12-19 2023-11-11 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司 藉由多光束裝置執行以形成樣本之影像的方法及相關的多光束裝置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4973967A (ja) * 1972-09-29 1974-07-17
JP2008091307A (ja) * 2006-09-05 2008-04-17 Denki Kagaku Kogyo Kk 電子源
WO2020115825A1 (ja) * 2018-12-05 2020-06-11 株式会社日立ハイテク 荷電粒子源、荷電粒子線装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BETTLER PHILIP C., FRANCIS M. CHARBONNIER: "Activation Energy for the Surface Migration of Tungsten in the Presence of a High-Electric Field", PHYSICAL REVIEW, vol. 119, no. 1, 1 July 1960 (1960-07-01), pages 85 - 93, XP093132101 *
FUJITA S., WELLS T. R. C., USHIO W., SATO H., EL‐GOMATI M. M.: "Enhanced angular current intensity from Schottky emitters", JOURNAL OF MICROSCOPY, BLACKWELL SCIENCE, GB, vol. 239, no. 3, 1 September 2010 (2010-09-01), GB , pages 215 - 222, XP093132100, ISSN: 0022-2720, DOI: 10.1111/j.1365-2818.2010.03371.x *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2026075020A1 (ja) * 2024-10-03 2026-04-09 デンカ株式会社 エミッタ、および電子銃

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