JPH0794134A - Method and device for stabilizing electron source - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To always provide stable electron emission by preventing in advance the sudden reduction of electron current density periodically occurring at the time of low electron current emitting operation, regarding the Schottky effect emission of electrons from a surface diffusion type electron source. CONSTITUTION:Electrons emitted from an electron source 20 are focused on a sample 13 via an objective lens 10 and an objective diaphragm 13 after passing the center hole of an anode 9. In this case, the electrons absorbed by the diaphragm 11 are inputted to an amplifier 12, and a control computer 14 controls an electron takeout power source 7 and an electric heating power source 6, using a signal from the amplifier 12, thereby performing facet forming treatment for the end of the monocrystal chip of the source 20.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電子顕微鏡や電子線描
画装置などの電子線装置に係、特に、長期間安定な電子
放出を可能にする電子源の安定化方法とその装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron beam apparatus such as an electron microscope and an electron beam drawing apparatus, and more particularly to a method and apparatus for stabilizing an electron source which enables stable electron emission for a long period of time. is there.

【０００２】[0002]

【従来の技術】最近、タングステン（Ｗ）やモリブデン
（Ｍｏ）などの高融点金属からなる針状の単結晶チップ
の表面に、酸素ガス分子と、単結晶チツプよりも仕事関
数、または電気陰性度の小さい金属原子、例えば、ジル
コニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈ
ｆ）などをそれぞれ単一層吸着させる表面拡散型電子源
が実用化されつつある。その構成は、加熱フィラメント
として使用するＷヘアピン型フィラメントの先端にＷ単
結晶線を接合し、この単結晶線を電解研磨して単結晶チ
ップとし、そして、このＷヘアピン型フィラメントとＷ
単結晶チップとの接合部に水素化Ｚｒなどの水素化物粉
末を付着させ、酸素ガス分圧のある真空雰囲気中で熱処
理することによって、Ｚｒなどの金属と酸素とを単結晶
チップ先端部に補給するものである（米国特許第３８１
４９７５号）。2. Description of the Related Art Recently, oxygen gas molecules and the work function or electronegativity of a single crystal chip are formed on the surface of a needle-shaped single crystal chip made of a refractory metal such as tungsten (W) or molybdenum (Mo). Small metal atoms such as zirconium (Zr), titanium (Ti), hafnium (H
Surface diffusion type electron sources for adsorbing each of f) and the like in a single layer are being put to practical use. The structure is such that a W single crystal wire is bonded to the tip of a W hairpin type filament used as a heating filament, the single crystal wire is electrolytically polished into a single crystal chip, and the W hairpin type filament and W
A hydride powder such as hydrogenated Zr is attached to the joint with the single crystal chip and heat-treated in a vacuum atmosphere with a partial pressure of oxygen gas to replenish the tip of the single crystal chip with oxygen such as Zr. (US Pat. No. 381)
4975).

【０００３】特に、このような電子源を１５００Ｋ以上
の高温で使用した場合を、ショットキー電子源と呼んで
いる。ショットキー電子源としては、Ｚｒ／Ｏ／Ｗがよ
く知られている（ジャーナル バキューム サイエンス
テクノロジー、Ｂ３（１）、１９８５、２２０ページ
（J.Vac.Sci.Technol.B3(1),1985,p220））。この電子
源の構造を図７に示す。１がＷ＜１００＞からなる単結
晶チップ、２がＷの多結晶線からなるヘアピン型フィラ
メント、４はフィラメント２がスポット熔接されている
ステンレスなどの端子、５はセラミック碍子、または、
ガラスベースである。Ｗの単結晶チップ１よりも仕事関
数が低いＺｒの酸化物の焼結体３が、単結晶チップ１の
中央部、付け根またはフィラメント２に付着した構造と
なっている。この焼結体３を１５００Ｋ〜２０００Ｋ程
度に加熱すると、酸化物が単結晶チップ１に沿って熱拡
散する。単結晶チップ１の先端に拡散していった金属酸
化物は、単結晶チップ１の先端に酸素と金属、それぞれ
ほぼ単原子層づつ吸着する。この時、表面拡散及び脱離
の活性化エネルギーの高い特定の結晶面（１００）に選
択的に吸着する。（１００）結晶面が単結晶チップ１の
先端となるような＜１００＞単結晶線を用いることで、
単結晶チップ１の先端のみを仕事関数の低い状態に保つ
ことができる。したがって、高い放出電子流密度が得ら
れる。ショットキー放出は電界放出状態と異なり、単結
晶チップ１の先端は高温に加熱されており、また、先端
に印加される電界強度は１／５程度である。従って、放
出電子は主に熱電子であり、トンネル電子はほとんど含
まれていないのが特徴である。従って、電界放出電子特
有の放出電子流の変動がなく、非常に安定である。ま
た、通常の熱電子源、例えばＬａＢ₆やＷヘアピン型に
比べて使用温度が低いため、放出電子のエネルギー幅は
これらよりもかなり小さく０．４から０．８ｅＶ程度で
あるという特長がある。Particularly, when such an electron source is used at a high temperature of 1500 K or more, it is called a Schottky electron source. Zr / O / W is well known as a Schottky electron source (Journal Vacuum Science Technology, B3 (1), 1985, 220 pages (J.Vac.Sci.Technol.B3 (1), 1985, p220). )). The structure of this electron source is shown in FIG. 1 is a single crystal chip made of W <100>, 2 is a hairpin type filament made of a polycrystalline wire of W, 4 is a terminal such as stainless steel to which the filament 2 is spot-welded, 5 is a ceramic insulator, or
It is glass-based. It has a structure in which a sintered body 3 of an oxide of Zr having a work function lower than that of the W single crystal chip 1 is attached to the central portion, the root or the filament 2 of the single crystal chip 1. When this sintered body 3 is heated to about 1500 K to 2000 K, the oxide thermally diffuses along the single crystal chip 1. The metal oxide diffused at the tip of the single crystal chip 1 adsorbs oxygen and metal in the tip of the single crystal chip 1 in almost monoatomic layers. At this time, it is selectively adsorbed on a specific crystal plane (100) having a high activation energy for surface diffusion and desorption. By using a <100> single crystal wire whose (100) crystal plane is the tip of the single crystal chip 1,
Only the tip of the single crystal chip 1 can be kept in a low work function state. Therefore, a high emission electron flow density is obtained. In the Schottky emission, unlike the field emission state, the tip of the single crystal chip 1 is heated to a high temperature, and the electric field strength applied to the tip is about ⅕. Therefore, the emitted electrons are mainly thermoelectrons, and the feature is that tunnel electrons are hardly contained. Therefore, there is no fluctuation of the emission electron flow peculiar to the field emission electrons, and it is very stable. Further, since the operating temperature is lower than that of a usual thermoelectron source such as LaB ₆ or W hairpin type, the energy width of emitted electrons is considerably smaller than these, and it has a feature that it is about 0.4 to 0.8 eV.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
ショットキー電子源には、次のような問題点があった。
すなわち、電子源から取り出す電子流密度が小さい状
態、つまり、電界の弱い状態では、数時間から数百時間
ごとに２時間程度、電子流密度が急激に減少してしま
う。ここで電子流密度とは、電子源の先端の（１００）
面から放出された電子のうちの中心部からの電子流、例
えば電子顕微鏡などの絞りを通過する電子流の密度であ
る。典型的な例を図８に示す。これは、電子流密度を長
時間モニターしたもので、５０時間から１００時間おき
に電子流密度が３０％以上減少している。このような電
子流密度の減少が突然発生すると、例えば、電子顕微鏡
に搭載していた場合には、顕微鏡像の像質の劣化がおき
る。特に、半導体プロセス評価用として無人で自動計測
等を行っている場合、評価結果の信頼性が著しく損なわ
れる可能性がある。However, the Schottky electron source as described above has the following problems.
That is, in the state where the electron flow density extracted from the electron source is small, that is, in the state where the electric field is weak, the electron flow density sharply decreases for about 2 hours every several hours to several hundreds of hours. Here, the electron flow density means (100) at the tip of the electron source.
It is the density of the electron flow from the center of the electrons emitted from the surface, for example, the electron flow passing through a diaphragm such as an electron microscope. A typical example is shown in FIG. In this, the electron flow density was monitored for a long time, and the electron flow density decreased by 30% or more every 50 to 100 hours. When such a decrease in electron flow density suddenly occurs, for example, when it is mounted on an electron microscope, the image quality of the microscope image deteriorates. In particular, when unattended automatic measurement is performed for semiconductor process evaluation, the reliability of the evaluation result may be significantly impaired.

【０００５】一方、この電子流密度の減少は、電界が強
い、すなわち電子流密度が大きいときには発生しない。
しかし、電子流密度が大きい場合には、放出電子のエネ
ルギー幅が大きくなってしまう問題があり、低電子流密
度動作で使用する必要がある。特に、低加速電圧走査型
電子顕微鏡では、放出電子のエネルギー幅が大きいと色
収差により電子線を細く絞ることができなくなるため、
低電子流動作が不可欠であった。On the other hand, this decrease in electron flow density does not occur when the electric field is strong, that is, when the electron flow density is large.
However, when the electron flow density is large, there is a problem that the energy width of the emitted electrons becomes large, and it is necessary to use the low electron flow density operation. In particular, in a low accelerating voltage scanning electron microscope, if the energy width of emitted electrons is large, the electron beam cannot be narrowed down due to chromatic aberration.
Low electron flow operation was essential.

【０００６】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、上記のショットキー電子源において、
低電子流放出動作時に定期的に発生する急激な電子流密
度の減少を未然に防止し、常に安定した電子放出が得ら
れる電子源の安定化方法とその装置を提供することを目
的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and in the above Schottky electron source,
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for stabilizing an electron source, which can prevent abrupt decrease in electron flow density that regularly occurs during low electron flow emission operation and always obtain stable electron emission.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明においては、高融点金属よりなる針状の単結
晶チップの先端から電子をショットキー放出させる電子
源において、上記単結晶チップの先端に、所定の周期で
定期的に、通常の使用状態における電界よりも強い電界
を或る所定の時間加える。同時に、上記単結晶チップ
を、通常の使用状態の温度よりも高い温度に加熱する。In order to achieve this object, the present invention provides an electron source for Schottky emission of electrons from the tip of a needle-shaped single crystal chip made of a refractory metal. An electric field stronger than the electric field in a normal use state is periodically applied to the tip of the electric field for a predetermined time. At the same time, the single crystal chip is heated to a temperature higher than the temperature under normal use conditions.

【０００８】また、上記の方法では、単結晶チップに所
定の時間間隔で高電界を印加していたが、その他に、上
記単結晶チップの先端中心部から放出される電子流密度
を検出し、その値が最初の設定値から所定の割合だけ減
少した時点で、上記の高電界を印加する方法もある。こ
の方法を実施するための装置においては、電子線の収束
レンズに存在する絞りにより吸収された電子流を検出し
て、上記単結晶チップの先端中心部から放出される電子
流密度を計測し、その電子流密度が所定の割合で減少し
た場合に、上記電子源の単結晶チップに印加する電界の
強さを制御する。In the above method, a high electric field is applied to the single crystal chip at a predetermined time interval. In addition, the electron flow density emitted from the center of the tip of the single crystal chip is detected, There is also a method of applying the above-mentioned high electric field when the value decreases from the initial set value by a predetermined ratio. In the apparatus for carrying out this method, the electron flow absorbed by the diaphragm present in the electron beam converging lens is detected, and the electron flow density emitted from the center of the tip of the single crystal chip is measured, When the electron flow density decreases at a predetermined rate, the strength of the electric field applied to the single crystal chip of the electron source is controlled.

【０００９】[0009]

【作用】上記の電子源安定化方法、及び装置において
は、所定の周期で定期的に、あるいは単結晶チップの先
端中心部から放出される電子流密度の減少を検知して、
単結晶チップの先端に強い電界を印加して単結晶チップ
先端部に特定結晶面のファセットを形成している。した
がって、これにより、上記単結晶チップ先端から放出さ
れる電子流密度の急激な減少を未然に防止することがで
き、常に、安定な電子放出が得られる。In the above-described electron source stabilization method and apparatus, the electron flow density emitted from the center of the tip of the single crystal chip is detected periodically at a predetermined cycle,
A strong electric field is applied to the tip of the single crystal chip to form a facet having a specific crystal plane at the tip of the single crystal chip. Therefore, it is possible to prevent a sharp decrease in the electron flow density emitted from the tip of the single crystal tip, and always obtain stable electron emission.

【００１０】[0010]

【実施例】上記のような電子流密度の急激な減少は、Ｗ
の単結晶チップの先端に存在する（１００）面がＷ原子
の拡散により周辺部から崩れて行き、最終的に新たな
（１００）面が現れる過程で生じるものと考えられる。
これを裏付ける結果として、図１に、電子流密度減少時
の電子放出パターンとそれに対応する電子源のＷ＜１０
０＞単結晶チップ３２の先端の図を示す。単結晶チップ
３２の先端の図は、走査型電子顕微鏡で観察した結果を
元に概略を示したものである。最先端のファセット３３
と二段目の平坦面３４は、Ｗの（１００）結晶面であ
る。電子放出パターンは、電子源に相対して蛍光体を塗
布した金属板を置き、電子源とその金属板との間に電界
を印加することで電子源から電子を引き出し、その電子
が金属板上の蛍光体に衝突し発光することにより得られ
る。したがって、明るく発光するほど電子流密度が大き
いことになる。図１において、斜線及び黒線の部分は発
光の少ない部分を示す。なお、電子放出パターンの中心
の黒い点は、蛍光体を塗布した金属板に開けられた電子
流を計測するための絞り孔３０である。電子流密度の急
激な減少は、放出パターンに現われたリング状の黒い部
分、すなわち電子流密度の低い部分３１が、絞り孔３０
を横切るときに発生する。EXAMPLE A rapid decrease in the electron flow density as described above is caused by W
It is considered that the (100) plane existing at the tip of the single crystal chip of (1) collapses from the periphery due to the diffusion of W atoms and finally a new (100) plane appears.
As a result of supporting this, FIG. 1 shows an electron emission pattern when the electron flow density decreases and W <10 of the corresponding electron source.
0> shows a view of the tip of the single crystal chip 32. The diagram of the tip of the single crystal chip 32 is a schematic diagram based on the result of observation with a scanning electron microscope. State-of-the-art facet 33
The second flat surface 34 is a W (100) crystal plane. The electron emission pattern is such that a phosphor-coated metal plate is placed opposite to the electron source, and an electric field is applied between the electron source and the metal plate to extract electrons from the electron source, and the electrons are projected on the metal plate. It is obtained by colliding with the phosphor and emitting light. Therefore, the brighter the light emission, the higher the electron flow density. In FIG. 1, the shaded and black lines indicate the portions that emit less light. The black dot at the center of the electron emission pattern is the aperture hole 30 for measuring the electron flow opened in the metal plate coated with the phosphor. The sharp decrease in the electron flow density is due to the ring-shaped black portion appearing in the emission pattern, that is, the portion 31 having a low electron flow density,
Occurs when you cross the road.

【００１１】電子流密度減少が発生する低電子流動作時
は、単結晶チップ３２先端のファセット３３の周辺部の
Ｗ原子が単結晶チップ３２の根本の方に拡散していき、
ファセット３３の大きさが次第に小さくなっていく。フ
ァセット３３が小さくなると、その下に新たな（１０
０）面３４が現れる。この間の段差部分から放出された
電子が、放出パターンに現われたリング状の暗い部分に
相当する。先端のファセット３３が小さくなることに対
応してリング状の黒い部分３１も小さくなっていく。そ
して、この黒い部分３１が絞り孔３０を横切る時に、電
子流密度の急激な減少が発生する。During a low electron flow operation that causes a decrease in electron flow density, W atoms in the peripheral portion of the facet 33 at the tip of the single crystal chip 32 diffuse toward the root of the single crystal chip 32.
The size of the facet 33 becomes smaller and smaller. When facet 33 becomes smaller, a new (10
0) Face 34 appears. The electrons emitted from the stepped portion in the meantime correspond to the ring-shaped dark portion appearing in the emission pattern. As the facet 33 at the tip becomes smaller, the ring-shaped black portion 31 also becomes smaller. Then, when the black portion 31 crosses the aperture hole 30, a sharp decrease in electron flow density occurs.

【００１２】一方、印加電界が強い場合は、静電気力に
よりＷ原子に先端方向への引力がかかり、これが拡散と
バランスし（１００）面が崩れなくなる。さらに電界が
強ければ、いわゆるビルドアップ現象が起こるため、先
端のファセット３３はさらに大きくなる。したがって、
通常の使用状態である低電子流動作で一定時間経過し、
先端のファセットの面積が小さくなった時点で、引き出
し電圧を高くし、このビルドアップ現象を起こして単結
晶チップ先端に十分な大きさのファセットを形成する。
それから再び引き出し電圧を下げ、低電子流動作の通常
の使用状態に戻してやればよい。この操作を定期的に繰
り返すことで、単結晶チップ３２のファセット３３の面
積を常に大きく維持することができ、低電子流動作時に
プローブ電子流密度が急激に減少することが防げる。On the other hand, when the applied electric field is strong, an electrostatic force exerts an attractive force on the W atom in the direction of the tip, which balances diffusion and prevents the (100) plane from collapsing. If the electric field is stronger, a so-called build-up phenomenon occurs, and the facet 33 at the tip becomes larger. Therefore,
After a certain time has passed in the low electron flow operation which is the normal usage state,
When the area of the facet at the tip becomes small, the extraction voltage is increased to cause this build-up phenomenon to form a facet having a sufficient size at the tip of the single crystal chip.
Then, the extraction voltage may be lowered again to return to the normal use state of low electron flow operation. By repeating this operation regularly, the area of the facet 33 of the single crystal chip 32 can be always kept large, and it is possible to prevent the probe electron flow density from rapidly decreasing during the low electron flow operation.

【００１３】（実施例１）第一の実施例として、Ｚｒ／
Ｏ／Ｗショットキー電子源の安定化方法のアルゴリズム
について説明する。チップ先端温度が１８００Ｋの場
合、放射される電子流密度の大きさに対する電子流密度
減少の発生する周期をプロットしたものが、図２であ
る。また、電子流密度に対する放出電子のエネルギー幅
も同時に示した。Example 1 As a first example, Zr /
The algorithm of the stabilization method of the O / W Schottky electron source will be described. When the tip temperature is 1800 K, FIG. 2 is a plot of the period at which the electron flow density decreases with respect to the emitted electron flow density. Moreover, the energy width of the emitted electrons with respect to the electron flow density is also shown.

【００１４】これによると、エネルギー幅０．５ｅＶ以
下の放出電子を得たい場合は、電子流密度を０．２ｍＡ
／ｓｒ以下にする必要がある。例えば、０．１ｍＡ／ｓ
ｒで使用する場合、電子流密度減少の発生周期は約５０
時間ごとである。したがって５０時間より短い周期で、
電子引き出し電圧を上げて、単結晶チップ先端部に（１
００）面の平坦部、すなわちファセットを形成してやれ
ばよい。ところで、（１００）面のファセット形成に必
要な時間は、チップ先端温度、電子流密度、に依存し、
その関係を図３に示した。電子流密度を０．５ｍＡ／ｓ
ｒ取り出せるように電子引き出し電圧を上げた場合、チ
ップ先端温度が１８００Ｋでは、４０分程度で（１０
０）面のファセットが形成できる。また、温度を１９０
０Ｋにすれば、３０分弱でファセットを形成することが
できる。以上の結果より、４０時間ごとに電子引き出し
電圧を上げ、チップ先端温度を１９００Ｋに上昇させ
て、電子流密度を０．５ｍＡ／ｓｒに上昇させ、３０分
間ファセット形成処理を行った。このような条件で２０
０時間の電子流密度をモニタした結果が図４である。電
子流密度の変化は非常に小さく、かつ、急激な電子流密
度減少は全く発生していない。ファセット形成処理の周
期は、電子流密度減少の発生周期よりも短いことが必要
で、長くとも、電子流密度減少の発生周期の８割以下に
する必要がある。According to this, when it is desired to obtain emitted electrons having an energy width of 0.5 eV or less, the electron flow density is 0.2 mA.
It must be less than / sr. For example, 0.1 mA / s
When used at r, the electron flow density reduction period is about 50
Every hour. Therefore, in a cycle shorter than 50 hours,
Raise the electron extraction voltage to (1
The flat part of the (00) plane, that is, the facet may be formed. By the way, the time required to form facets on the (100) plane depends on the tip temperature of the tip and the electron flow density.
The relationship is shown in FIG. Electron flow density is 0.5 mA / s
When the electron extraction voltage is increased so that r can be taken out, it takes about 40 minutes (10
Facets on the (0) plane can be formed. Also, set the temperature to 190
If it is set to 0K, facets can be formed in less than 30 minutes. From the above results, the electron extraction voltage was raised every 40 hours, the tip temperature was raised to 1900 K, the electron flow density was raised to 0.5 mA / sr, and the facet formation treatment was performed for 30 minutes. 20 under these conditions
FIG. 4 shows the result of monitoring the electron flow density at 0 hours. The change in the electron flow density is very small, and no sharp decrease in the electron flow density has occurred. The cycle of facet formation processing needs to be shorter than the generation cycle of electron flow density reduction, and at most 80% or less of the generation cycle of electron flow density reduction.

【００１５】以上に述べたファセット形成処理では、電
子流密度を０．５ｍＡ／ｓｒ取り出せるような状態にし
たが、０．４ｍＡ／ｓｒ以上の電子流密度が得られる電
子引き出し電圧であれば、ファセットを形成させること
ができた。また、０．４ｍＡ／ｓｒ以上であれば、ファ
セット形成処理の所要時間は、電子流密度にはほとんど
依存しなかった。In the facet forming process described above, the electron flow density is set to be 0.5 mA / sr. However, if the electron extraction voltage is 0.4 mA / sr or more, the facet is formed. Could be formed. Further, when it is 0.4 mA / sr or more, the time required for the facet formation treatment hardly depends on the electron flow density.

【００１６】なお、以上の各値は一例であって、使用目
的に応じて最適な条件で行えばよい。要は、あらかじめ
設定された周期に、あらかじめ設定された時間、電子引
き出し電圧を上昇させ、ファセット形成処理を定期的に
行うことである （実施例２）次に第二の実施例について説明する。上記
第一の実施例では、あらかじめ、ファセット形成処理を
行う周期を決めていた。しかし、単結晶チップ先端温度
の微妙な変化や電子源周囲の真空度の変化などにより、
電子流減少の周期が変動する場合がある。このため、第
二の実施例は、電子流密度を定期的にモニタし、初期電
子流密度より１０％以上電子流密度が低下した時点で、
ファセット形成処理を行うものである。The above values are merely examples, and may be set under optimum conditions according to the purpose of use. The point is that the electron extraction voltage is raised for a preset time in a preset cycle, and the facet formation process is performed periodically (Example 2). Next, a second example will be described. In the above-described first embodiment, the cycle for performing the facet forming process is determined in advance. However, due to subtle changes in the temperature of the tip of the single crystal chip and changes in the degree of vacuum around the electron source,
The period of electron flow reduction may fluctuate. Therefore, in the second embodiment, the electron flow density is regularly monitored, and when the electron flow density is reduced by 10% or more from the initial electron flow density,
The facet forming process is performed.

【００１７】この方法の根拠は、急激な電子流減少が発
生する十数時間以上前から、必ず電子流密度が少しづつ
減少するからである。これにより、チップ先端温度の変
化や電子源周囲の真空度の変化が生じても、電子流密度
の減少を事前に抑えることができる。このような条件で
２００時間の電子流密度をモニタした結果が、図５であ
る。ファセット形成処理は、実施例１と同じ条件で行っ
た。最初、７０時間経過しても電子流密度が全く減少し
なかったため、ファセット形成処理は行われていない。
１回目のファセット形成処理を行った後は、３０時間後
に電子流密度が１０％減少したため、その時点でファセ
ット形成処理を行っている。このような操作の結果、急
激な電子流密度の減少を完全に防ぐことができた。The rationale for this method is that the electron flow density always decreases little by little from tens of hours or more before the sudden decrease in electron flow occurs. As a result, even if the temperature at the tip of the chip changes or the degree of vacuum around the electron source changes, it is possible to suppress the decrease in electron flow density in advance. The result of monitoring the electron flow density for 200 hours under such conditions is shown in FIG. The facet forming process was performed under the same conditions as in Example 1. Initially, the facet formation process was not performed because the electron flow density did not decrease even after 70 hours had passed.
After the first facet formation process, the electron flow density decreased by 10% 30 hours later, so the facet formation process is performed at that time. As a result of such an operation, it was possible to completely prevent a sharp decrease in electron flow density.

【００１８】また、電子流量が厳密に規定されている特
別の場合を除いて、必ずしも電子流密度が１０％減少し
た時点で速やかにファセット形成処理を行う必要はな
く、一般には、電子流密度の低下が１５〜２０％になる
までにファセット形成処理を行えば、問題はない。要
は、電子流密度の急激な減少を未然に防ぐために、常
に、電子流密度をモニターし、あらかじめ設定した値よ
りも電子流密度が減少した場合に、ファセット形成処理
を行うようにすることである。Further, except in a special case where the electron flow rate is strictly regulated, it is not always necessary to carry out the facet forming process promptly when the electron flow density decreases by 10%. There is no problem if the facet forming process is performed before the reduction becomes 15 to 20%. In short, in order to prevent a sharp decrease in the electron flow density, it is necessary to constantly monitor the electron flow density and perform facet formation processing when the electron flow density decreases below a preset value. is there.

【００１９】次に、上記安定化方法を実施するための電
子源安定化装置の一例を、図６に示す。電子源２０の直
下にはアノード９があり、電子源２０とアノード９との
間には高圧の電子引き出し電源８により電界があたえら
れている。また、電子源２０は加速電源７により、グラ
ンドに対して高い負の電位が与えられている。電子源２
０のフイラメントには、加熱電源６により通電加熱でき
るようになっている。電子源２０より引き出された電子
は、アノード９の中心に開けられた孔を通過し、対物レ
ンズ１０により収束される。対物絞り１１の小孔を通過
した電子は、試料１３上に焦点を結ぶ。対物絞り１１は
アンプ１２の入力に接続されており、対物絞り１１の小
孔を通過しなかった電子は対物絞り１１に吸収され、電
流としてアンプ１２により増幅され、制御計算機１４に
送られる。この信号がこれまで述べてきた電子流密度に
相当する。上記第一の実施例による場合は、制御計算機
１４にあらかじめファセット形成処理の周期と時間とを
設定しておけばよい。これに対して、上記第二の実施例
による場合は、アンプ１２の信号を用いて制御計算機１
４により、第二の実施例で述べてきた手順によって電子
引き出し電源７、および加熱電源６を制御するものであ
る。Next, FIG. 6 shows an example of an electron source stabilizing device for carrying out the above stabilizing method. An anode 9 is located immediately below the electron source 20, and an electric field is applied between the electron source 20 and the anode 9 by a high-voltage electron extraction power source 8. The electron source 20 is given a high negative potential with respect to the ground by the acceleration power supply 7. Electron source 2
No. 0 filament can be electrically heated by the heating power source 6. The electrons extracted from the electron source 20 pass through a hole formed in the center of the anode 9 and are converged by the objective lens 10. The electrons that have passed through the small holes of the objective diaphragm 11 are focused on the sample 13. The objective aperture 11 is connected to the input of the amplifier 12, and the electrons that have not passed through the small holes of the objective aperture 11 are absorbed by the objective aperture 11, amplified by the amplifier 12 as a current, and sent to the control computer 14. This signal corresponds to the electron flow density described so far. In the case of the first embodiment, the cycle and time of facet forming processing may be set in the control computer 14 in advance. On the other hand, in the case of the second embodiment, the signal from the amplifier 12 is used to control the computer 1
4, the electronic extraction power source 7 and the heating power source 6 are controlled by the procedure described in the second embodiment.

【００２０】なお、本実施例はごく一例であり、電子流
密度の計測手段としては、対物絞り１１以外にも、さま
ざまな手段が存在する。例えば、ブランキング機構のあ
る電子線応用装置では、ブランキング時に、電子ビーム
をファラデーカップ等の電子流計測機構に入射させるよ
うにし、この計測結果から電子引き出し電源７、および
加熱電源６を制御する。要は、電子流密度をなんらかの
方法で継続的に計測し、その結果から電子源の条件を制
御できるようにすることである。Note that this embodiment is only an example, and various means other than the objective diaphragm 11 exist as means for measuring the electron flow density. For example, in an electron beam application apparatus having a blanking mechanism, an electron beam is made to enter an electron flow measuring mechanism such as a Faraday cup during blanking, and the electron extraction power source 7 and the heating power source 6 are controlled based on the measurement result. . The point is to be able to continuously measure the electron flow density by some method and control the condition of the electron source from the result.

【００２１】上記に述べてきた電子源の安定化方法は、
Ｗ＜１００＞とＺｒの場合であったが、特にこれに限ら
ず、高融点金属の単結晶の先端を加熱して電界を印加し
て電子を取り出す電子源であれば、同様な方法が適用で
きる。The stabilization method of the electron source described above is
In the case of W <100> and Zr, the present invention is not limited to this, and the same method is applied as long as it is an electron source that heats the tip of a single crystal of a refractory metal and applies an electric field to take out electrons. it can.

【００２２】[0022]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るショ
ットキー電子源の安定化方法、及び装置においては、電
子源の単結晶チップ先端のファセットの面積を常に大き
く維持することができるので、低電子流放出動作時にお
いても、或る時間間隔で急激に発生する電子流密度の減
少を未然に防止することができ、常に安定に電子放出が
得られる。As described above, in the method and apparatus for stabilizing a Schottky electron source according to the present invention, since the facet area at the tip of the single crystal chip of the electron source can be always kept large, Even during the low electron flow emission operation, it is possible to prevent a sharp decrease in the electron flow density that occurs at certain time intervals, and always obtain stable electron emission.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】電子の放出パターンとそれに対応する単結晶チ
ップ先端の構造図である。FIG. 1 is a structural diagram of an electron emission pattern and a tip of a single crystal chip corresponding thereto.

【図２】電子源より放出される電子流密度と電子流密度
減少の発生周期、及び放出電子のエネルギー幅の関係を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an electron flow density emitted from an electron source, an occurrence period of a decrease in electron flow density, and an energy width of emitted electrons.

【図３】単結晶チップ先端の温度とファセット形成処理
に要する時間との関係図である。FIG. 3 is a relationship diagram between the temperature of the tip of the single crystal chip and the time required for facet formation processing.

【図４】本発明に係る第一の実施例における電子引き出
し電圧、電子流密度の時間的変化を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing changes over time in the electron extraction voltage and the electron flow density in the first embodiment according to the present invention.

【図５】本発明に係る第二の実施例における電子引き出
し電圧、電子流密度の時間的変化を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing changes over time in electron extraction voltage and electron flow density in the second embodiment according to the present invention.

【図６】本発明に係る電子源安定化装置の構成図であ
る。FIG. 6 is a configuration diagram of an electron source stabilizing device according to the present invention.

【図７】電子源の構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an electron source.

【図８】従来の電子源の使用方法における電子流密度の
変化を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a change in electron flow density in a conventional method of using an electron source.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…単結晶チップ ２…フィラメント ３…金属酸化物焼結体 ４…端子 ５…セラミック碍子又はガラスベース ６…加熱電源 ７…加速電源 ８…電子引き出し電源 ９…アノード １０…対物レンズ １１…対物絞り １２…アンプ １３…試料 １４…制御計算機 ２０…電子源 ３０…絞り孔 ３１…電子流密度の低
い部分 ３２…単結晶チップ ３３…Ｗ（１００）面
ファセット ３４…二段目の（１００）結晶面DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single crystal chip 2 ... Filament 3 ... Metal oxide sintered body 4 ... Terminal 5 ... Ceramic insulator or glass base 6 ... Heating power supply 7 ... Acceleration power supply 8 ... Electron extraction power supply 9 ... Anode 10 ... Objective lens 11 ... Objective diaphragm 12 ... Amplifier 13 ... Sample 14 ... Control computer 20 ... Electron source 30 ... Aperture hole 31 ... Low electron flow density part 32 ... Single crystal chip 33 ... W (100) facet 34 ... Second stage (100) crystal face

フロントページの続き (72)発明者 黒田 勝広 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内Front page continuation (72) Inventor Katsuhiro Kuroda 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】高融点金属からなるフィラメントに高融点
金属からなる針状の単結晶チップを取り付け、上記フィ
ラメントに電流を流すことによって該単結晶チップを加
熱し、かつ、該単結晶チップの先端に電界を加えて電子
を放出させる電子源を安定化する方法において、上記単
結晶チップの先端に、所定の周期で定期的に、通常の使
用状態における電界よりも強い電界を所定の時間加える
ことを特徴とする電子源安定化方法。1. A filament made of a high melting point metal is attached with a needle-shaped single crystal tip made of a high melting point metal, and the single crystal tip is heated by passing an electric current through the filament, and a tip of the single crystal tip. In the method of stabilizing an electron source that emits electrons by applying an electric field to the tip of the single crystal chip, an electric field stronger than the electric field in a normal use state is applied to the tip of the single crystal chip periodically for a predetermined time. A method for stabilizing an electron source, comprising: 【請求項２】上記電子源は、上記単結晶チップの取り付
け部分に、該単結晶チップよりも仕事関数または電気陰
性度の小さい金属の化合物を塗布した構造であることを
特徴とする請求項１に記載の電子源安定化方法。2. The electron source has a structure in which a metal compound having a work function or electronegativity smaller than that of the single crystal chip is applied to a mounting portion of the single crystal chip. The method for stabilizing an electron source according to. 【請求項３】上記単結晶チップの先端に、所定の周期で
定期的に、通常の使用状態における電界よりも強い電界
を加えるのと同時に、上記単結晶チップを通常の使用状
態の温度よりも高い温度に加熱することを特徴とする請
求項１または２に記載の電子源安定化方法。3. An electric field stronger than the electric field in the normal use condition is applied to the tip of the single crystal chip at regular intervals, and at the same time, the single crystal chip is kept at a temperature higher than that in the normal use condition. The method for stabilizing an electron source according to claim 1 or 2, wherein heating is performed at a high temperature. 【請求項４】高融点金属からなるフィラメントに高融点
金属からなる針状の単結晶チップを取り付け、上記フィ
ラメントに電流を流すことによって該単結晶チップを加
熱し、かつ、該単結晶チップの先端に電界を加えて電子
を放出させる電子源を安定化する方法において、上記単
結晶チップの先端中心部から放出される電子流密度が最
初の設定値から所定の割合だけ減少した時点で、上記単
結晶チップの先端に通常の使用状態における電界よりも
強い電界を所定時間加えることを特徴とする電子源安定
化方法。4. A needle-shaped single crystal chip made of a high melting point metal is attached to a filament made of a high melting point metal, the single crystal chip is heated by passing an electric current through the filament, and the tip of the single crystal chip is made. In a method for stabilizing an electron source that emits electrons by applying an electric field to the single crystal chip, when the electron flow density emitted from the central portion of the tip of the single crystal chip decreases from the initial set value by a predetermined ratio, the single crystal A method for stabilizing an electron source, which comprises applying to the tip of a crystal chip an electric field stronger than an electric field under normal use for a predetermined time. 【請求項５】高融点金属からなるフィラメントに高融点
金属からなる針状の単結晶チップを取り付け、上記フィ
ラメントに電流を流すことによって該単結晶チップを加
熱し、かつ、該単結晶チップの先端に電界を加えて電子
を放出させる電子源を安定化する装置において、上記単
結晶チップの先端に、所定の周期で定期的に、通常の使
用状態における電界よりも強い電界を所定時間加えるこ
とを特徴とする電子源安定化装置。5. A needle-shaped single crystal chip made of a high melting point metal is attached to a filament made of a high melting point metal, the single crystal chip is heated by passing an electric current through the filament, and the tip of the single crystal chip is made. In a device for stabilizing an electron source that emits electrons by applying an electric field to the electric field, it is necessary to periodically apply a strong electric field to the tip of the single crystal chip at a predetermined cycle for a predetermined time, which is stronger than the electric field in normal use. Characteristic electron source stabilizing device. 【請求項６】高融点金属からなるフィラメントに高融点
金属からなる針状の単結晶チップを取り付け、上記フィ
ラメントに電流を流すことによって該単結晶チップを加
熱し、かつ、該単結晶チップの先端に電界を加えて電子
を放出させる電子源を安定化する装置において、上記単
結晶チップの先端中心部から放出される電子流密度が最
初の設定値から所定の割合だけ減少した時点で、上記単
結晶チップの先端に通常の使用状態における電界よりも
強い電界を所定の時間加えることを特徴とする電子源安
定化装置。6. A needle-shaped single crystal chip made of a high melting point metal is attached to a filament made of a high melting point metal, and the single crystal chip is heated by passing an electric current through the filament, and a tip of the single crystal chip. In a device that stabilizes an electron source that emits electrons by applying an electric field to the single crystal chip, when the electron flow density emitted from the central part of the tip of the single crystal chip decreases from the initial set value by a predetermined ratio, the single crystal An electron source stabilizing device, wherein an electric field stronger than an electric field in a normal use state is applied to a tip of a crystal chip for a predetermined time. 【請求項７】上記電子を収束する電子レンズの絞りに吸
収される電子流を検出して、上記単結晶チップの先端中
心部から放出される電子流密度を計測し、該電子流密度
に応じて上記単結晶チップの先端に電界を加える電子引
き出し電源を制御することを特徴とする請求項６に記載
の電子源安定化装置。7. An electron flow absorbed by a diaphragm of an electron lens that converges the electrons is detected to measure an electron flow density emitted from a central portion of a tip of the single crystal chip, and the electron flow density is measured according to the electron flow density. 7. The electron source stabilizing device according to claim 6, wherein an electron extraction power source that applies an electric field to the tip of the single crystal chip is controlled.