KR20230154973A - 전자총, 전자선 적용 장치, 및, 전자 빔의 사출 방법 - Google Patents

전자총, 전자선 적용 장치, 및, 전자 빔의 사출 방법 Download PDF

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KR20230154973A
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도모히로 니시타니
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가부시키가이샤 포토 일렉트론 소울
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Abstract

전자총이 갖는 구성 부재만으로, 조사 대상의 원하는 개소에 원하는 전자 빔 파라미터를 갖는 전자 빔을 조사할 수 있도록 설정 가능한 전자총을 제공한다.
광원과,
상기 광원으로부터의 수광에 따라, 방출 가능한 전자를 생성하는 포토캐소드와,
상기 포토캐소드와의 사이에서 전계를 형성할 수 있고, 형성한 전계에 의해 상기 방출 가능한 전자를 인출하여, 전자 빔을 형성하는 애노드와,
제어부
를 포함하는 전자총으로서,
상기 제어부는,
상기 전자 빔의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정하거나,
또는,
상기 전자 빔의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔의 전자 빔 파라미터를 상기 사출 시간에 관련지어 설정하는,
전자총
에 의해 과제를 해결할 수 있다.

Description

전자총, 전자선 적용 장치, 및, 전자 빔의 사출 방법
본 출원에 있어서의 개시는, 전자총, 전자선 적용 장치, 및, 전자 빔의 사출 방법에 관한 것이다.
포토캐소드를 탑재한 전자총, 당해 전자총을 포함하는 전자현미경, 자유전자 레이저 가속기, 검사 장치 등의 전자선 적용 장치(이하, 전자선 적용 장치에서 전자총을 제외한 장치를 「상대측 장치」로 기재하는 경우가 있다.)가 알려져 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 광원으로부터 여기 광을 조사하여 전자 빔을 사출하는 포토캐소드를 이용한 전자현미경 장치가 개시되어 있다.
전자 빔을 사출하는 포토캐소드를 이용한 전자선 적용 장치의 기타 예로서, 특허 문헌 2에는, 시료 검사 장치가 개시되어 있다. 특허 문헌 2에 기재된 시료 검사 장치는, 시료가 열 손상을 받기 쉬운 등의 상황에 의해, 펄스 광의 광량을 조정하는 것이 알려져 있다.
또, 전자현미경 장치나 전자선 검사 장치 등의 전자선 적용 장치에 있어서, 상대측 장치의 구성을 불문하고, 전자총측의 구성 부재에 의해 전자 빔의 강도를 조정하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 특허 문헌 3에는, 전자 빔의 일부를 차폐할 수 있는 전자 빔 차폐 부재와, 전자 빔 차폐 부재에 의해 차폐한 측정용 전자 빔을 이용하여 포토캐소드로부터 방출된 전자 빔의 포토캐소드의 열화에 수반하는 강도 변화를 측정하는 측정부와, 제어부에 의해, 포토캐소드로부터 방출하는 전자 빔의 강도를 조정하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허공개 2002-313273호 공보 일본 특허 제6604649호 공보 일본 특허 제6578529호 공보
전자선 적용 장치는, 전자 빔을 조사하는 대상(이하, 「조사 대상」으로 기재하는 경우가 있다.)에 원하는 강도 등(이하, 「전자 빔 파라미터」로 기재하는 경우가 있다.)의 전자 빔의 조사가 요구되는 경우가 있다. 또, 전자총의 종류로는, 포토캐소드를 이용한 전자총 외에, 열 음극이나 필드 이미터를 이용한 전자총도 알려져 있다. 그 때문에, 열 음극이나 필드 이미터를 이용한 전자총이 탑재되어 있던 상대측 장치에, 포토캐소드를 이용한 전자총을 새롭게 탑재하는 케이스도 상정된다.
따라서, 포토캐소드를 포함하는 전자총의 구성 부재만으로, 조사 대상에 원하는 전자 빔 파라미터를 갖는 전자 빔을 조사할 수 있도록 설정할 수 있는 것이 바람직하다. 또, 전자선 적용 장치의 기능을 보다 향상시키기 위해서는, 조사 대상마다 원하는 전자 빔 파라미터를 갖는 전자 빔을 조사하는 것에 더하여, 동일한 조사 대상의 원하는 개소에 원하는 전자 빔 파라미터를 갖는 전자 빔을 조사할 수 있도록 설정할 수 있는 것이 바람직하다.
그러나, 특허 문헌 2에 기재된 발명은, 시료의 종류에 따라, 펄스 광의 단위 시간당 광량을 일정하게 하거나, 혹은, 펄스 광의 단위 시간당 광량을 서서히 증가 또는 감소시키고 있는 것에 지나지 않는다. 또, 특허 문헌 2는 전자선 적용 장치로서의 발명이다.
특허 문헌 3에 기재된 발명은, 차폐 부재에 의해 차폐한 측정용 전자 빔을 이용하여, 포토캐소드의 열화에 수반하는 전자 빔의 강도를 조정하는 피드백 제어에 관한 것이다. 따라서, 특허 문헌 3에 기재된 발명도, 조사 대상의 원하는 개소에 원하는 전자 빔 파라미터를 갖는 전자 빔을 조사할 수 없다는 문제가 있다.
현재로는, 전자총이 포함하는 구성 부재만으로, 조사 대상의 원하는 개소에 원하는 전자 빔 파라미터를 갖는 전자 빔을 조사할 수 있도록 설정 가능한 전자총 및 조사 방법은 알려지지 않았다.
본 출원은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 예의 연구를 행한 바, 전자총이, (1) 전자 빔의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정하거나, 또는, (2) 전자 빔의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔의 전자 빔 파라미터를 사출 시간에 관련지어 설정하는, 제어부를 가짐으로써, 상기 문제를 해결할 수 있는 것을 새롭게 발견했다.
본 출원에 있어서의 개시는, 전자총이 갖는 구성 부재만으로, 조사 대상의 원하는 개소에 원하는 전자 빔 파라미터를 갖는 전자 빔을 조사할 수 있도록 설정 가능한 전자총, 그 전자총을 탑재한 전자선 적용 장치, 및, 전자 빔의 사출 방법을 제공하는 것에 있다.
본 출원은, 이하에 나타내는, 전자총, 전자선 적용 장치, 및, 전자 빔의 사출 방법에 관한 것이다.
(1) 광원과,
상기 광원으로부터의 수광에 따라, 방출 가능한 전자를 생성하는 포토캐소드와,
상기 포토캐소드와의 사이에서 전계를 형성할 수 있고, 형성한 전계에 의해 상기 방출 가능한 전자를 인출하여, 전자 빔을 형성하는 애노드와,
제어부
를 포함하는 전자총으로서,
상기 제어부는,
상기 전자 빔의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정하거나,
또는,
상기 전자 빔의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔의 전자 빔 파라미터를 상기 사출 시간에 관련지어 설정하는,
전자총.
(2) 상기 제어부가, 상기 전자 빔의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정하는 것이며,
상기 전자 빔 파라미터가,
전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상, 전자 빔의 사출 시간 및 전자 빔의 이미턴스로부터 선택되는 적어도 1개를 포함하는,
상기 (1)에 기재된 전자총.
(3) 상기 사출 회수는 2 이상이며,
상기 제어부는, 설정된 회수의 전자 빔을 사출할 때에, 적어도 1개의 전자 빔 파라미터가, 그 외의 전자 빔 파라미터로부터 선택되는 하나와 상이하도록 제어하는,
상기 (2)에 기재된 전자총.
(4) 상기 제어부가, 상기 전자 빔의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔의 전자 빔 파라미터를 상기 사출 시간에 관련지어 설정하는 것이며,
상기 전자 빔 파라미터가,
전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상 및 전자 빔의 이미턴스로부터 선택되는 1개를 적어도 포함하는,
상기 (1)에 기재된 전자총.
(5) 상기 제어부는, 설정된 상기 사출 시간으로 전자 빔을 사출할 때에, 상기 전자 빔 파라미터가 상이한 전자 빔을 사출하는 시간을 포함하도록 제어하는,
상기 (4)에 기재된 전자총.
(6) 상기 포토캐소드로부터 2 이상의 전자 빔이 인출되도록, 상기 포토캐소드의 상이한 2 이상의 장소에 광원으로부터의 여기 광이 조사되는,
상기 (1)~(5) 중 어느 하나에 기재된 전자총.
(7) 상기 (1)~(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,
플라스마 발생 장치,
원자상 원소 발생 장치,
스핀 편극 전자선 발생 장치,
캐소드 루미너선스 장치, 또는,
역광 전자 분광 장치인,
전자선 적용 장치.
(8) 전자 빔의 사출 방법으로서,
전자 빔은,
광원과,
상기 광원으로부터의 수광에 따라, 방출 가능한 전자를 생성하는 포토캐소드와,
상기 포토캐소드와의 사이에서 전계를 형성할 수 있고, 형성한 전계에 의해 상기 방출 가능한 전자를 인출하여, 전자 빔을 형성하는 애노드와,
제어부
를 포함하는 전자총으로부터 사출되며,
상기 제어부는,
상기 전자 빔의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정하거나,
또는,
상기 전자 빔의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔의 전자 빔 파라미터를 상기 사출 시간에 관련지어 설정할 수 있고,
사출 방법은,
상기 광원으로부터의 여기 광을 상기 포토캐소드에 조사하고, 여기 광의 수광에 따라 상기 포토캐소드에서 생성한 방출 가능한 전자를, 상기 포토캐소드와 상기 애노드의 사이에 형성한 전계에 의해 인출하여 전자 빔을 형성하는 전자 빔 사출 단계를 포함하고,
상기 제어부는,
전자 빔 사출 단계에 있어서, 사출하는 전자 빔이 설정한 전자 빔 파라미터가 되도록 제어하는,
사출 방법.
(9) 상기 제어부가, 상기 전자 빔의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정하는 것이며,
상기 전자 빔 파라미터가,
전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상, 전자 빔의 사출 시간 및 전자 빔의 이미턴스로부터 선택되는 적어도 1개를 포함하는,
상기 (8)에 기재된 사출 방법.
(10) 상기 사출 회수는 2 이상이며,
상기 제어부는, 설정된 회수의 전자 빔을 사출할 때에, 적어도 1개의 전자 빔 파라미터가, 그 외의 전자 빔 파라미터로부터 선택되는 하나와 상이하도록 제어하는,
상기 (9)에 기재된 사출 방법.
(11) 상기 제어부가, 상기 전자 빔의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔의 전자 빔 파라미터를 상기 사출 시간에 관련지어 설정하는 것이며,
상기 전자 빔 파라미터가,
전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상 및 전자 빔의 이미턴스로부터 선택되는 1개를 적어도 포함하는,
상기 (8)에 기재된 사출 방법.
(12) 상기 제어부는, 설정된 상기 사출 시간으로 전자 빔을 사출할 때에, 상기 전자 빔 파라미터가 상이한 전자 빔을 사출하는 시간을 포함하도록 제어하는,
상기 (11)에 기재된 사출 방법.
본 출원에서 개시하는 전자총은, 조사 대상의 원하는 개소에 원하는 전자 빔 파라미터를 갖는 전자 빔을 조사할 수 있도록 설정할 수 있다.
도 1은, 제1의 실시 형태에 따른 전자총(1A), 및, 전자총(1A)을 탑재한 상대측 장치(E)를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 2는, 전자총(1A)의 제어부(5)의 개략을 나타내는 도이다.
도 3은, 제어부(5)가 설정한 전자 빔 파라미터를 제어하는 개략을 나타내는 도이다.
도 4는, 제2의 실시 형태에 따른 전자총(1B)의 포토캐소드(3) 부분을 확대한 도이다.
도 5는, 제3의 실시 형태에 따른 전자총(1C), 및, 전자총(1C)을 탑재한 상대측 장치(E)를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 6은, 제4의 실시 형태에 따른 전자총(1D), 및, 전자총(1D)을 탑재한 상대측 장치(E)를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 7a는 도면 대용 사진으로, 실시예 3에서 촬영한 SEM의 사진이다. 도 7b는 도면 대용 사진으로, 실시예 4에서 촬영한 SEM의 사진이다.
이하, 도면을 참조하면서, 전자총, 전자선 적용 장치, 및, 전자 빔의 사출 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 동종의 기능을 갖는 부재에는, 동일 또는 유사한 부호가 붙여져 있다. 그리고, 동일 또는 유사한 부호가 붙여진 부재에 대해서, 반복되는 설명이 생략되는 경우가 있다.
또, 도면에 있어서 나타내는 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은, 이해를 용이하게 하기 위해, 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않는 경우가 있다. 이 때문에, 본 출원에 있어서의 개시는, 반드시, 도면에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 한정되지 않는다.
(전자총의 제1의 실시 형태)
도 1~도 3을 참조하여, 제1의 실시 형태에 따른 전자총(1A)에 대해서 설명한다. 도 1은, 제1의 실시 형태에 따른 전자총(1A), 및, 전자총(1A)을 탑재한 상대측 장치(E)를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 2는, 전자총(1A)의 제어부(5)의 개략을 나타내는 도이다. 도 3은, 제어부(5)가 설정한 전자 빔 파라미터를 제어하는 개략을 나타내는 도이다.
제1의 실시 형태에 따른 전자총(1A)은, 광원(2)과, 포토캐소드(3)와, 애노드(4)와, 제어부(5)를 적어도 포함하고 있다. 전자총(1A)은, 임의 부가적으로, 포토캐소드(3)와 애노드(4)의 사이에서 전계를 발생시키기 위한 전원(6)을 포함하고 있어도 된다. 또, 도 1에 나타내는 예에서는, 전자선 적용 장치는 SEM이며, 상대측 장치(E)는 전자 빔 편향 장치(10)를 포함한다. 전자 빔 편향 장치(10)는, 전자총(1A)이 사출한 전자 빔(B)을 샘플(S) 상에서 주사하기 위해 이용된다. 또한, 도 1에 나타내는 예는, 상대측 장치(E)의 일례이다. 도시는 생략하지만, 상대측 장치(E)는 전자선 적용 장치의 종류에 따라 공지의 구성 부재를 구비하고 있으면 된다.
광원(2)은, 포토캐소드(3)에 여기 광(L)을 조사함으로써, 전자 빔(B)을 사출할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없다. 광원(2)은, 예를 들면, 고출력(와트급), 고주파수(수백 MHz), 초단펄스 레이저 광원, 비교적 염가의 레이저 다이오드, LED 등을 들 수 있다. 조사하는 여기 광(L)은, 펄스 광, 연속 광 중 어느 하나여도 되고, 목적에 따라 적절히 조정하면 된다. 또한, 도 1에 나타내는 예에서는, 광원(2)이, 진공 챔버(CB) 밖에 배치되며 여기 광(L)이, 포토캐소드(3)의 제1면(애노드(4)측의 면)측에 조사되어 있다. 대안으로, 광원(2)을 진공 챔버(CB) 내에 배치해도 된다. 또, 여기 광(L)은, 포토캐소드(3)의 제2면(애노드(4)와는 반대측의 면)측에 조사되어도 된다.
포토캐소드(3)는, 광원(2)으로부터 조사되는 여기 광(L)의 수광에 따라, 방출 가능한 전자를 생성한다. 포토캐소드(3)가 여기 광(L)의 수광에 따라 방출 가능한 전자를 생성하는 원리는 공지이다(예를 들면, 일본 특허 제5808021호 공보 등을 참조).
포토캐소드(3)는, 석영 유리나 사파이어 유리 등의 기판과, 기판의 제1면(애노드(4)측의 면)에 접착한 포토캐소드막(도시는 생략)으로 형성되어 있다. 포토캐소드막을 형성하기 위한 포토캐소드 재료는, 여기 광을 조사함으로써 방출 가능한 전자를 생성할 수 있으면 특별히 제한은 없고, EA 표면 처리가 필요한 재료, EA 표면 처리가 불필요한 재료 등을 들 수 있다. EA 표면 처리가 필요한 재료로는, 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 예로는 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 있고, 그 포토캐소드(3)는, 반도체의 갭 에너지에 따른 근자외-적외 파장 영역에서 여기 광의 선택이 가능해질 뿐만 아니라, 전자 빔의 용도에 따른 전자 빔원 성능(양자 수량, 내구성, 단색성, 시간 응답성, 스핀 편극도)이 반도체의 재료나 구조의 선택에 의해 가능해진다.
또, EA 표면 처리가 불필요한 재료로는, 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, 일본 특허 제3537779호 등을 참조)으로 제작하면 된다. 일본 특허 제3537779호에 기재된 내용은 참조에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
또한, 본 명세서 중에 있어서의 「포토캐소드」와 「캐소드」의 기재에 관하여, 전자 빔을 사출한다는 의미로 기재하는 경우에는 「포토캐소드」로 기재하고, 「애노드」의 대극이라는 의미로 기재하는 경우에는 「캐소드」로 기재하는 경우가 있지만, 부호에 관해서는, 「포토캐소드」 및 「캐소드」 중 어느 경우에도 3을 이용한다.
애노드(4)는, 캐소드(3)와 전계를 형성할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 전자총의 분야에 있어서 일반적으로 이용되어 있는 애노드(4)를 사용하면 된다. 캐소드(3)와 애노드(4)의 사이에서 전계를 형성함으로써, 여기 광(L)의 조사에 의해 포토캐소드(3)에 생성한 방출 가능한 전자를 인출하여, 전자 빔(B)을 형성한다.
도 1에는, 캐소드(3)와 애노드(4)의 사이에 전계를 형성하기 위해, 전원(6)을 캐소드(3)에 접속한 예가 나타나 있지만, 캐소드(3)와 애노드(4)의 사이에 전위차가 생기면 전원(6)의 배치에 특별히 제한은 없다.
다음에, 도 2 및 도 3을 참조하여, 제1의 실시 형태에 따른 전자총(1A)의 제어부(5)에 대해서 설명한다. 도 2는, 포토캐소드(3)가 펄스형의 여기 광(L)을 수광하고, 제어부(5)가 전자 빔(B)의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔(B)마다 전자 빔 파라미터(이하, 간단히 「파라미터」로 기재하는 경우가 있다.)를 설정하는 예를 나타내고 있다.
상대측 장치(E)는, 전자총(1A)이 사출한 전자 빔(B)을 편향시키는 전자 빔 편향 장치(10)를 일반적으로 구비하고 있다. 예를 들면, 도 3에 나타내는 SEM의 예에서는, 전자총(1A)이 사출한 전자 빔(B)을, 전자 빔 편향 장치(10)에 의해, 샘플(S)(이하, 상대측 장치(E)의 전자 빔(B)을 조사하는 대상을 「조사 대상」으로 기재하는 경우가 있다.) 상을 주사하고 있다.
그런데, 전자 빔 편향 장치(10)에 의한 전자 빔(B)의 편향은, 일반적으로 조사 대상의 조사 영역(R)을 라인 형상으로 주사하고 있다. 그 때문에, 본 발명자들은,
(1) 조사 영역(R)의 사이즈, 조사 영역(R)에 있어서의 전자 빔(B)의 스폿 사이즈, 상대측 장치(E)가 갖는 전자 빔 편향 장치(10)의 제어 스피드 등에 의거하여, 조사 영역(R)을 조사할 때에 필요한 전자 빔(B)의 사출 회수를 연산할 수 있는 것,
(2) 사출 회수를 설정할 수 있으면, 사출하는 전자 빔(B)마다 파라미터를 설정함으로써, 전자총(1A)측의 설정에 의해, 조사 영역(R)의 원하는 개소에 원하는 파라미터를 갖는 전자 빔(B)을 조사할 수 있는 것
을 새롭게 발견했다. 본 출원에 있어서의 개시는, 당해 새로운 지견에 의거하는 것이다.
도 2를 참조하여, 제어부(5)의 제어에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 2에 나타내는 예에서는, 전자 빔 편향 장치(10)는, 이하의 제어를 행한다.
(a) 전자총(1A)이 사출한 펄스형의 전자 빔(B)을, 최초의 라인(L1)의 좌단(D1-1)으로부터 우단을 향하여 편향시키면서 조사한다.
(b) L1의 우단의 스폿(D1-n)에 전자 빔(B)을 조사 후, 2번째의 라인(L2)의 좌단으로 전자 빔(B)의 조사 위치를 편향시켜, 상기 (a)와 마찬가지로 좌단으로부터 우단을 향하여 전자 빔(B)을 편향시키면서 조사한다.
(c) 조사 영역(R)의 마지막 스폿(Dm-n)에 전자 빔(B)을 조사할 때까지, 상기 (b)를 반복한다.
상기 (a)~(c)에 기재된 순서에 따라, 전자총(1A)으로부터 순번대로 사출한 전자 빔(B)은 조사 영역(R)에 평면 전개되어, 어느 순번에 사출한 전자 빔(B)이 조사 영역(R)의 어느 부분에 조사되는지 이해할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 조사 영역 D1-1에 조사되는 전자 빔(B)의 파라미터를 X로 했을 때에 D3-18까지는 파라미터 X의 전자 빔(B)을 조사하고, D3-19~D3-25에는 파라미터 Y의 전자 빔(B)을 조사하는 것을, 전자총(1A)측의 구성 부재로 설정할 수 있다. 그리고, 전자총(1A)은 펄스형의 전자 빔을 사출할 수 있기 때문에, 도 2에 나타내는 바와 같이, D8-4~D8-8에는 파라미터 Z의 전자 빔(B)을 조사하고, 그 후, 파라미터 X의 전자 빔(B)을 2회 조사하고, 계속해서, D8-11의 위치로부터 잠시 파라미터 Y의 전자 빔(B)을 조사하는 등, 전자총(1A)측에서 세세한 설정을 할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정한다」로 기재한 경우, 제어부(5)가, 사출하는 전자 빔(B)의 하나하나에 X, Y, Z 등의 파라미터를 설정하는 것에 더하여, 사출하는 소정 회수의 전자 빔(B)의 파라미터를 모아서 설정하는 것도 포함한다. 각각의 전자 빔(B)이, X, Y, Z 등의 파라미터로 사출되면, 제어부(5)의 설정 방법에 특별히 제한은 없다.
또, 도 2에 나타내는 예에서는, 제어부(5)는, 설정된 회수(D1-1~Dm-n)의 전자 빔(B)을 사출할 때에, 적어도 1개의 파라미터가, 그 외의 파라미터로부터 선택되는 하나와 상이하도록 제어하고 있다. 바뀌어 말하면, 사출하는 D1-1~Dm-n의 모든 전자 빔(B)의 파라미터가 같아지지 않도록 제어하고 있다. 대안으로, 제어부(5)를 이용하여 「사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정」할 수 있으면, 사출하는 D1-1~Dm-n의 모든 전자 빔(B)의 파라미터가 같아지도록 설정해도 된다.
파라미터는, 전자 빔의 질을 특정할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없다. 파라미터의 예로는, 한정되는 것은 아니지만, 전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상, 전자 빔의 사출 시간 및 전자 빔의 이미턴스 등을 들 수 있다. 조사 영역(R)에 조사하는 전자 빔(B)의 파라미터를 모두 같도록 하지 않는 경우는, 상기에 예시한 파라미터 중 어느 하나가 상이하도록 하면 된다. 예를 들면, 어느 순번의 전자 빔의 강도를 다른 순번의 전자 빔의 강도와 바꾸거나, 또는, 어느 순번의 전자 빔의 가속 에너지의 크기를 다른 순번의 전자 빔의 가속 에너지의 크기와 바꾸는 등, 같은 종류의 파라미터에서 강약 등을 변화시키면 된다. 혹은, 어느 순번의 전자 빔(B) 만 사이즈나 형상을 변화시키는 등, 상이한 종류의 파라미터를 설정해도 된다.
물론, 복수의 파라미터를 조합해도 된다. 예를 들면, 어느 순번의 전자 빔의 강도를 1, 전자 빔의 가속 에너지의 크기를 1로 한 경우, 다른 순번의 전자 빔의 강도를 1.5, 전자 빔의 가속 에너지의 크기를 1.5로 설정해도 된다. 또, 전자 빔(B)이 사출되지 않는 것(예를 들면, 포토캐소드(3)로의 여기 광(L)의 조사 없음)을, 파라미터의 하나로 해도 된다.
도 3을 참조하여, 제어부(5)가 설정한 파라미터에 의거하는 제어예에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명은 제어의 일례이다. 본 출원에서 개시하는 기술 사상의 범위 내이면 그 외의 제어여도 된다. 또, 도면의 복잡화를 피하기 위해, 제어부(5)로부터의 회로나 구성 요소의 기재의 일부가 생략되는 경우도 있다.
먼저, 설정하는 파라미터가 전자 빔(B)의 강도인 경우의 제어에 대해서 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「전자 빔의 강도」란, 조사되는 전자 빔(B)에 포함되는 전자량(전류치)의 대소를 의미한다. 전자 빔(B)의 강도는, 포토캐소드(3)에 조사되는 여기 광(L)의 광량에 의존한다. 따라서, 파라미터로서 전자 빔(B)의 강도를 설정한 경우, 제어부(5)는 설정한 전자 빔(B)의 강도가 되도록, 포토캐소드(3)에 조사되는 여기 광(L)의 광량을 제어하면 된다. 도 1에 나타내는 예에서는, 제어부(5)는 광원(2)의 광량을 제어하고 있다. 대안으로, 광원(2)과 포토캐소드(3)의 사이에 액정 셔터 등의 광량 조정 장치(51)를 설치하고, 광원(2)의 광량은 일정하게 하여, 액정 셔터의 제어에 의해 포토캐소드(3)에 도달하는 광량을 제어해도 된다.
전자 빔(B)의 가속 에너지의 크기는, 캐소드(3)와 애노드(4)의 사이의 전계 강도를 변화시킴으로써 제어할 수 있다. 캐소드(3)와 애노드(4)의 전압차가 커질수록, 가속 에너지가 커진다. 따라서, 파라미터로서 전자 빔(B)의 가속 에너지의 크기를 설정한 경우, 제어부(5)는 설정한 전자 빔(B)의 가속 에너지의 강도가 되도록, 전원(6)의 전압을 제어하면 된다.
전자 빔(B)의 사이즈는, 포토캐소드(3)에 조사하는 여기 광(L)의 사이즈를 변화시킴으로써 제어할 수 있다. 여기 광(L)의 사이즈가 커질수록, 전자 빔(B)의 사이즈도 커진다. 따라서, 파라미터로서 전자 빔(B)의 사이즈를 설정한 경우, 제어부(5)는 설정한 전자 빔(B)의 사이즈가 되도록, 렌즈나 액정 셔터 등의 여기 광 사이즈 조정 장치(52)를 제어하면 된다. 대안으로, 혹은, 임의 부가적으로, 사출한 전자 빔(B)의 광축 상에 전자 렌즈나 애퍼처 등의 전자 빔 사이즈 조정 장치(53)를 설치하고, 제어부(5)가 전자 빔 사이즈 조정 장치(53)를 제어해도 된다. 또한 대안으로, 혹은, 임의 부가적으로, 캐소드(3)와 애노드(4)의 사이에 중간 전극(54)을 형성해도 된다. 제어부(5)가, (1) 전원(6)을 제어함으로써 캐소드(3)와 중간 전극(54)과 애노드(4)의 사이의 전위차를 조정, 혹은, (2) 중간 전극(54)을 이동 제어함으로써 캐소드(3)와 중간 전극(54)과 애노드(4)의 상대적 위치 관계를 조정함으로써 상대측 장치(E)에 도달할 때의 전자 빔(B)의 초점 위치를 조정, 바뀌어 말하면, 대상 영역(R)에 도달할 때의 전자 빔(B)의 사이즈를 제어할 수 있다. 또한, 중간 전극(54)의 구성, 제어 방법 및 초점 위치를 제어할 수 있는 원리는, 일본 특허 제6466020호 공보에 상세하게 기재되어 있다. 일본 특허 제6466020호 공보에 기재된 사항은, 참조에 의해 본 출원에 포함된다.
전자 빔(B)의 형상은, 사출한 전자 빔(B)의 광축 상에 전자 렌즈나 애퍼처 등의 전자 빔 형상 조정 장치(55)를 설치함으로써 제어할 수 있다. 따라서, 파라미터로서 전자 빔(B)의 형상을 설정한 경우, 제어부(5)는 설정한 전자 빔(B)의 형상이 되도록, 전자 빔 형상 조정 장치(55)를 제어하면 된다.
전자 빔(B)의 사출 시간은, 광원(2)이 사출하는 여기 광(L)의 사출 시간에 의해 제어할 수 있다. 따라서, 파라미터로서 전자 빔(B)의 사출 시간을 설정한 경우, 제어부(5)는 설정한 전자 빔(B)의 사출 시간이 되도록, 광원(2)의 ON-OFF 제어를 하면 된다. 대안으로, 도시는 생략하지만, 광원(2)과 포토캐소드(3)의 사이에 셔터를 설치하여, 제어부(5)가 셔터를 제어함으로써, 전자 빔(B)의 사출 시간을 제어해도 된다.
전자 빔(B)의 이미턴스는, 광원(2)이 사출하는 여기 광(L)의 파장에 의해 제어할 수 있다. 따라서, 파라미터로서 전자 빔(B)의 이미턴스를 설정한 경우, 제어부(5)는 설정한 전자 빔(B)의 이미턴스가 되도록, 여기 광(L)의 파장을 제어하면 된다. 도시는 생략하지만, 광원(2)과 포토캐소드(3)의 사이에 공지의 파장 가변 필터를 설치하여, 제어부(5)로 파장 가변 필터를 제어하면 된다.
제1의 실시 형태에 따른 전자총(1A)은, 펄스형의 전자 빔(B)을 상대측 장치(E)에 사출한다. 그 때문에, 상대측 장치(E)의 전자 빔 편향 장치(10)는, 입사한 펄스형의 전자 빔(B)을, 도 2에 나타내는 바와 같이 D1-1부터 Dm-n을 향하여 순차적으로 편향시키면 된다. 따라서, 제1의 실시 형태에 따른 전자총(1A)은, 전자총(1A)의 구성 부재만으로, 조사 대상의 원하는 개소에 원하는 파라미터를 갖는 전자 빔(B)을 조사할 수 있도록 설정 가능하다는 효과를 나타낸다.
(제어부(5)의 변형예)
상기한 제어부(5)는, 전자 빔(B)의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔(B)마다 파라미터를 설정하는 예를 나타내고 있다. 즉, 전자총(1A)이 상대측 장치(E)에 사출하는 전자 빔(B)이, 펄스형의 전자 빔(B)을 상정한 예이다. 대안으로, 전자총(1A)이 상대측 장치(E)에 사출하는 전자 빔(B)이, 연속적인 전자 빔(B)여도 된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 상대측 장치(E)에 입사한 전자 빔(B)은, 전자 빔 편향 장치(10)에 의해 D1-1부터 Dm-n까지 라인 형상으로 주사된다. 따라서, 조사 영역(R)의 사이즈, 조사 영역(R)에 있어서의 전자 빔(B)의 스폿 사이즈, 상대측 장치(E)가 갖는 전자 빔 편향 장치(10)의 제어 스피드 등에 의거하여, 조사 영역(R)을 주사하기 위해 필요한 전자 빔(B)의 사출 시간을 연산할 수 있다.
도 2에 나타내는 조사 영역(R)의 D1-1에 있어서의 시간을 t1로 하고, Dm-n에 있어서의 시간을 tmn으로 규정한 경우, 전자총(1A)으로부터 시계열(t1~tmn)로 사출한 연속적인 전자 빔(B)은 조사 영역(R)에 평면 전개되어, 어느 시간에 사출한 전자 빔(B)이 조사 영역(R)의 어느 부분에 조사되는지 이해할 수 있다.
변형예에 따른 제어부(5)는, 전자 빔(B)을 사출하는 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔(B)의 파라미터를 사출 시간에 관련지어 설정한다. 변형예에 따른 제어부(5)인 경우, 상대측 장치(E)에 입사한 전자 빔(B)은, 도 2에 나타내는 D1-1의 위치로부터 Dm-n의 위치를 향하여 연속적으로 편향된다. 따라서, 제1의 실시 형태의 제어부(5)를 설정할 수 있는 파라미터 중에서, 전자 빔의 사출 시간에 관한 파라미터를 설정할 수 없는 것 이외에는, 사출 시간에 관련지어, 파라미터(전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상 및 전자 빔의 이미턴스)의 설정을 할 수 있다.
변형예에 따른 제어부(5)는, 전자 빔의 사출 시간에 관한 파라미터 이외에는, 제1의 실시 형태에 따른 제어부(5)와 동일하게 설정한 파라미터에 의거하는 제어를 행하면 된다. 따라서, 변형예에 따른 제어부(5)를 갖는 전자총(1A)에 대해서도, 전자총(1A)의 구성 부재만으로, 조사 대상의 원하는 개소에 원하는 파라미터를 갖는 전자 빔을 조사할 수 있도록 설정 가능하다는 효과를 나타낸다.
(전자총의 제2의 실시 형태)
도 1~도 4를 참조하여, 제2의 실시 형태에 따른 전자총(1B)에 대해서 설명한다. 도 4는, 제2의 실시 형태에 따른 전자총(1B)의 포토캐소드(3) 부분을 확대한 도이다.
제2의 실시 형태에 따른 전자총(1B)은, 포토캐소드(3)로부터 2 이상의 전자 빔(B)이 인출되도록, 포토캐소드(3)의 상이한 2 이상의 장소에 광원으로부터의 여기 광(L)이 조사되는 점에서 제1의 실시 형태에 따른 전자총(1A)과 다르고, 그 외의 점은 제1의 실시 형태와 같다. 따라서, 제2의 실시 형태에서는, 제1의 실시 형태와 상이한 점을 중심으로 설명하며, 제1의 실시 형태에 있어서 설명이 된 사항에 대한 반복되는 설명은 생략한다. 따라서, 제2의 실시 형태에 있어서 개시적으로 설명되어 있지 않다고 해도, 제2의 실시 형태에 있어서, 제1의 실시 형태에서 설명이 된 사항을 채용 가능한 것은 말할 필요도 없다. 후술하는 제3 및 제4의 실시 형태에 관해서도 동일하게 중복되는 기재는 생략하지만, 선행하는 실시 형태에 있어서 설명이 된 사항을 채용 가능한 것은 말할 필요도 없다.
포토캐소드(3)의 상이한 2 이상의 장소에 광원(2)으로부터의 여기 광(L)을 조사하기 위해서는, 도시는 생략하지만, 광원(2)을 복수 설치하면 된다. 혹은, 단일의 광원(2)으로부터 스플리터, 공간 위상 변조기 등의 여기 광분할 장치를 이용하여 여기 광(L)을 2 이상으로 분할하여 포토캐소드(3)에 조사를 해도 된다.
제2의 실시 형태에 따른 전자총(1B)은, 복수의 전자 빔(B)을 조사 대상에 조사할 수 있다. 따라서, 제1의 실시 형태에 따른 전자총(1A)이 나타내는 효과에 더하여, 이하의 효과를 나타낸다.
(1) 복수의 전자 빔(B)을 중복되지 않도록 조사 대상에 조사하는 경우는, 스루 풋을 향상시킬 수 있다.
(2) 복수의 전자 빔(B)을 중복되도록 조사 대상에 조사하는 경우는, 상대측 장치(E)의 검출 감도가 향상되고, 또, 가공 효율이 향상된다.
(3) 복수의 전자 빔(B)을 중복되도록 조사 대상에 조사하는 경우는, 조사 대상에 대해 원하는 작용을 부여하는 pump 빔(조사 시간과 전하량) 조사 후, 시간을 두고 다음의 빔(probe 빔)을 조사 대상에 조사할 수 있다.
(4) 또, 복수의 전자 빔(B)을 중복되도록 조사 대상에 조사하는 경우는, 조사 대상의 하전 보상(charge compensation)의 목적으로도 사용할 수 있다.
(전자총의 제3의 실시 형태)
도 5를 참조하여, 제3의 실시 형태에 따른 전자총(1C)에 대해서 설명한다. 도 5는, 제3의 실시 형태에 따른 전자총(1C), 및, 전자총(1C)을 탑재한 상대측 장치(E)를 모식적으로 나타내는 도이다.
제3의 실시 형태에 따른 전자총(1C)은, 제어부(5)가 상대측 장치(E)로부터의 정보를 참조하여 파라미터를 설정할 수 있는 점에서 제1의 실시 형태에 따른 전자총(1A) 및 제2의 실시 형태에 따른 전자총(1B)과 다르고, 그 외의 점은 제1 및 제2의 실시 형태와 같다.
제3의 실시 형태에 따른 전자총(1C)은, 상대측 장치(E)로부터의 정보를 참조하기 위해 정보 표시 장치(6)를 포함한다. 예를 들면, 전자선 적용 장치가 전자현미경인 경우, 상대측 장치(E)는 샘플(S)에 전자 빔(B)을 조사함으로써 얻어지는 신호를 검출하는 검출기(7)를 갖는다. 이 검출기(7)로 검출한 신호는 처리 후에 정보 표시 장치(6)에 표시를 할 수 있다. 제3의 실시 형태에 따른 전자총(1C)은, 정보 표시 장치(6)에 표시된 정보에 의거하여 제어부(5)가 파라미터를 설정할 수 있다.
보다 구체적으로는, 전자현미경인 경우, 정보 표시 장치(6)에는 촬상한 샘플(S)의 화상을 표시할 수 있다. 그리고, 표시된 화상 내, 확대하고 싶은 장소나, 콘트라스트를 높이기 위해 전자 빔(B)의 강도 등을 변경하고 싶은 장소를 포인터 등에 의해 지시한다. 제어부(5)는, 당해 지시에 의거하여, 전자 빔(B)의 사출 회수를 설정하여 사출하는 전자 빔(B)마다 파라미터를 설정, 또는, 전자 빔(B)의 사출 시간을 설정하여 사출하는 전자 빔(B)의 파라미터를 사출 시간에 관련지어 설정할 수 있다. 정보 표시 장치(6)는, 액정 디스플레이, CRT 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, LED 디스플레이 등의 공지의 장치를 들 수 있다.
제3의 실시 형태에 따른 전자총(1C)은, 상대측 장치(E)로부터의 정보를 참조한 다음 사출하는 전자 빔(B)의 파라미터를 설정할 수 있기 때문에, 제1 및 제2의 실시 형태에 따른 전자총(1)이 나타내는 효과에 더하여, 보다 상세하게 파라미터를 설정할 수 있다는 효과를 나타낸다.
(전자총의 제4의 실시 형태)
도 6을 참조하여, 제4의 실시 형태에 따른 전자총(1D)에 대해서 설명한다. 도 6은, 제4의 실시 형태에 따른 전자총(1D), 및, 전자총(1D)을 탑재한 상대측 장치(E)를 모식적으로 나타내는 도이다.
제4의 실시 형태에 따른 전자총(1D)은, 제어부(5)가 상대측 장치(E)의 구성 부재도 제어하는 점에서, 제1~제3의 실시 형태에 따른 전자총(1A~1C)과 다르고, 그 외의 점은 제1~제3의 실시 형태에 따른 전자총(1A~1C)과 같다.
제4의 실시 형태에 따른 전자총(1D)의 제어부(5)는, 전자총(1D)으로부터 사출하는 전자 빔(B)의 파라미터를 설정하고 당해 설정에 의거하여 전자총(1D)의 구성 부재를 제어하는 것에 더하여, 설정한 파라미터에 관련지어 상대측 장치(E)의 구성 부재도 제어한다. 따라서, 제어부(5)가 설정한 파라미터에 의거하는 제어예에 있어서, 예를 들면, 이하의 제어를 할 수 있다.
(1) 상대측 장치(E)가 전자 렌즈나 애퍼처 등의 전자 빔 사이즈 조정 장치를 갖고 있는 경우, 제어부(5)는, 전자 빔(B)의 사이즈를 제어할 때에, 필요에 따라 상대측 장치(E)의 전자 빔 사이즈 조정 장치를 제어해도 된다.
(2) 상대측 장치(E)가 전자 렌즈나 애퍼처 등의 전자 빔 형상 조정 장치를 갖고 있는 경우, 제어부(5)는, 전자 빔(B)의 형상을 제어할 때에, 필요에 따라 상대측 장치(E)의 전자 빔 형상 조정 장치를 제어해도 된다.
(3) 상대측 장치(E)가 기계적 셔터를 갖고 있는 경우, 제어부(5)는, 전자 빔(B)의 사출 시간을 제어할 때에, 필요에 따라 상대측 장치(E)의 기계적 셔터를 제어해도 된다.
(4) 상대측 장치(E)가 에너지 필터를 갖고 있는 경우, 제어부(5)는, 전자 빔(B)의 이미턴스를 제어할 때에, 필요에 따라 상대측 장치(E)의 에너지 필터를 제어해도 된다.
(5) 전자총(1A~1C)측의 제어에 의해 연속적인 전자 빔(B)을 사출하는 경우, 전자 빔(B)의 편향 속도는 상대측 장치(E)의 설정에 따른다. 따라서, 펄스형의 전자 빔(B)와 달리 전자 빔(B)의 사출 시간에 관한 파라미터는 설정할 수 없다. 그 때문에, 조사 영역(R)의 같은 개소에 전자 빔(B)을 조사하는 시간의 장단(長短)은 제어할 수 없다. 한편, 제어부(5)가 사출 시간에 관련지어 전자 빔 편향 장치(10)를 제어하는 경우는, 전자 빔 편향 장치(10)의 편향 속도를 제어함으로써, 조사 영역(R)의 같은 개소에 전자 빔(B)을 조사하는 시간의 장단을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(5)가 전자 빔 편향 장치(10)의 편향 속도를 제어하는 경우는, 전자 빔(B)의 사출 시간을 설정할 때에 전자 빔 편향 장치(10)의 편향 속도를 고려하여 연산하면 된다.
(6) 도 2에 나타내는 대로, 상대측 장치(E)가 갖는 전자 빔 편향 장치(10)는, 일반적으로, 입사한 전자 빔(B)을 라인 형상으로 주사한다. 한편, 제어부(5)가 사출하는 전자 빔(B)의 순번 또는 사출하는 전자 빔(B)의 사출 시간에 관련지어 전자 빔 편향 장치(10)를 제어하는 경우는, 하나의 라인의 원하는 개소에서 개행(改行), 혹은, 조사 영역(R)에 대해 원하는 장소에 원하는 순번으로 원하는 파라미터를 갖는 전자 빔(B)을 조사할 수 있다.
제4의 실시 형태에 따른 전자총(1D)은, 상대측 장치(E)의 구성 부재도 제어할 수 있기 때문에, 제1~제3의 실시 형태에 따른 전자총(1A~1C)이 나타내는 효과에 더하여, 설정한 파라미터의 제어 방법의 선택 사항이 많아진다는 효과를 나타낸다.
(전자선 적용 장치의 실시 형태)
전자총(1)(1A~1D)을 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, 플라스마 발생 장치, 원자상 원소 발생 장치, 스핀 편극 전자선 발생 장치, 캐소드 루미너선스 장치, 역광 전자 분광 장치 등을 들 수 있다.
본 출원에서 개시하는 전자총(1)을 탑재한 전자선 적용 장치는, 예를 들면, 이하의 효과를 나타낸다.
(1) 전자선 적용 장치의 종류를 불문하고, 탑재한 전자총(1)측의 구성 부재만으로 사출하는 전자 빔(B)의 파라미터를 설정할 수 있다. 따라서, 전자선 적용 장치의 편리성이 향상된다.
(2) 전자현미경인 경우, 시료가 차지 업 하는 경우가 있다. 촬영하고 싶은 장소와는 다른 장소에, 전자 빔(B)의 강도, 전자 빔(B)의 크기 등의 파라미터를 설정한 전자 빔을 조사함으로써, 시료의 차지 업을 해소할 수 있다.
(3) 전자현미경인 경우, 전자 빔(B)의 가속 에너지를 크게 함으로써 시료의 깊은 위치까지 전자가 도달한다. 또, 전자 빔(B)의 강도 등을 제어함으로써 시료의 요철 등이 보다 선명해져, 종래 관찰할 수 없었던 구조가 보이게 된다.
(4) 전자현미경인 경우, 신호가 약한 장소에는 강한 전자 빔(B)을 조사하고, 신호가 너무 강한 장소에는 약한 전자 빔(B)을 조사함으로써, 종래의 전자 빔(B)에서는 검출기의 검출 범위에서 벗어나 버리는 신호를, 당해 범위로 할 수 있다.
(5) 전자선 금속 적층 조형 장치(3D 프린터)인 경우, 금속을 적층하는 토대 부분을 데우고 싶은 경우가 있다. 데우고 싶은 장소만, 전자 빔(B)을 강하게 하는, 전자 빔(B)의 사출 시간을 길게 하는, 전자 빔(B)의 사이즈를 크게 하는, 등의 제어를 할 수 있다.
(6) 전자선 검사 장치인 경우, 검사를 필요로 하는 장소를 선택함으로써, 혹은, 검사의 조건 설정 등을 행함으로써, 효율적으로 검사를 행할 수 있어, 검사의 스루 풋을 향상시킬 수 있다.
(전자 빔의 사출 방법의 실시 형태)
전자 빔의 사출 방법(이하, 「사출 방법」으로 기재하는 경우가 있다.)의 실시 형태는, 제1~제4의 실시 형태에 따른 전자총(1) 또는 제1~제4의 실시 형태에 따른 전자총(1)을 탑재한 전자선 적용 장치를 이용하여 행해진다.
실시 형태에 따른 사출 방법은, 광원(2)으로부터의 여기 광(L)을 포토캐소드(3)에 조사하고, 여기 광(L)의 수광에 따라 포토캐소드(3)에서 생성한 방출 가능한 전자를, 포토캐소드(3)와 애노드(4)의 사이에 형성한 전계에 의해 인출하여 전자 빔(B)을 형성하는 전자 빔 사출 단계를 포함하고 있다. 전자총(1)이 갖는 제어부(5)는, (1) 전자 빔(B)의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔(B)마다 파라미터를 설정하거나, 또는, (2) 전자 빔(B)의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔(B)의 파라미터를 사출 시간에 관련지어 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(5)는, 전자 빔 사출 단계에 있어서, 사출하는 전자 빔(B)이 설정한 파라미터가 되도록 전자총(1)의 구성 부재, 또한, 임의 부가적으로 상대측 장치(E)의 구성 부재를 제어한다.
(사출 방법에 있어서 제어부(5)가 채용 가능한 실시 형태 1)
제어부(5)가, (1) 전자 빔(B)의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔마다 파라미터를 설정하는 경우, 파라미터는, 예를 들면, 전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상, 전자 빔의 사출 시간 및 전자 빔의 이미턴스로부터 선택되는 적어도 1개를 포함할 수 있다. 제어부(5)는, 설정된 회수의 전자 빔을 사출할 때에, 모든 전자 빔의 파라미터가 같아지도록 제어해도 되고, 적어도 1개의 파라미터가 그 외의 파라미터로부터 선택되는 하나와 상이하도록 제어해도 된다. 또, 제어부(5)는, 전자총(1)의 실시 형태에서 설명한 대로, 전자총(1)측의 구성 부재 만 제어해도 되고, 상대측 장치(E)의 구성 부재도 제어해도 된다. 제어의 구체예는 전자총(1)의 실시 형태에서 설명된 상태이기 때문에, 상세한 기재는 생략한다.
(사출 방법에 있어서 제어부(5)가 채용 가능한 실시 형태 2)
제어부(5)가, (2) 전자 빔(B)의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔(B)의 파라미터를 사출 시간에 관련지어 설정하는 경우, 파라미터는, 예를 들면, 전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상 및 전자 빔의 이미턴스로부터 선택되는 적어도 1개를 포함할 수 있다. 제어부(5)는, 전자 빔(B)을 사출하는 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔(B)의 파라미터가 같아지도록 제어해도 되고, 파라미터가 상이한 전자 빔(B)을 사출하는 시간을 포함하도록 제어해도 된다.
이하에 실시예를 들고, 본 출원에서 개시하는 실시 형태를 구체적으로 설명하지만, 이 실시예는 단지 실시 형태의 설명을 위한 것이다. 본 출원에서 개시하는 발명의 범위를 한정하거나 혹은 제한하는 것을 나타내는 것은 아니다.
[실시예]
＜실시예 1＞
［전자총(1)의 제작］
광원(2)에는, 레이저 광원(Toptica 제조 iBeam Smart)을 이용했다. 포토캐소드(3)는, Daiki SATO et al. 2016 Jpn. J. Appl. Phys. 55 05FH05에 기재된 공지의 방법으로, InGaN 포토캐소드를 제작했다. 포토캐소드 표면의 EA 처리는, 공지의 방법에 의해 행했다. 제어부(5)는, 전자 빔(B)의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔(B)마다 전자 빔 파라미터를 설정할 수 있도록 프로그램을 작성했다.
＜실시예 2＞
［전자선 적용 장치(SEM)의 제작］
시판 SEM의 전자총 부분을, 제작한 전자총(1)으로 대체했다. 또한, 시판 SEM의 사양은, 전자총이 콜드형 전계 방출 전자선(CFE)을 이용하고 있으며, 전자 빔 편향 장치(10)로서 편향 코일을 구비하고 있었다. 전자 빔의 가속 전압은 최대로 30kv, 최대 100만배로의 관찰이 가능하다.
［전자 빔의 조사 방법］
＜실시예 3＞
표면의 일부에 요철 모양을 형성한 샘플을 준비하여, SEM에 세트 했다. 측정 배율, 전자 빔(B)의 사이즈, 조사 영역 등을 고려하여, 제어부(5)로 전자 빔(B)의 사출 회수를 설정했다. 또한, 파라미터에는 전자 빔(B)의 강도(전자 빔(B)의 강도가 제로(여기 광(L)의 조사 없음), 또는, 일정한 강도)를 이용하여, 전자 빔(B)의 강도가 제로인 부분이, 샘플 상에서 PeS의 로고가 되도록, 사출 회수의 순번을 고려하면서 파라미터의 설정을 행했다. 다음에, 설정한 파라미터가 되도록 전자총(1)의 구성 부재를 제어하면서, 전자 빔(B)을 샘플에 조사하여 촬영을 행했다. 도 7a에 촬영 결과를 나타낸다. 도 7a에 나타내는 대로, 전자 빔(B)을 조사한 부분은 샘플의 촬영을 할 수 있고, 요철 형성 부분과 요철 비형성 부분도 명확하게 촬영할 수 있었다. 또, 전자 빔(B)의 강도가 제로인 부분은 샘플의 촬영을 할 수 없기 때문에 흑색이 되었다. 도 7a에 나타내는 대로, 흑색의 PeS의 로고를 확인할 수 있었기 때문에, 전자총(1)측의 구성 부재에 의해, 샘플의 원하는 장소에 원하는 파라미터를 갖는 전자 빔(B)을 조사할 수 있는 것을 확인했다. 또한, 실시예 3에 나타내는 바와 같은 조사 영역(R)의 일부에 전자 빔(B)을 조사하지 않는 파라미터를 설정한 경우, 같은 강도의 전자 빔(B)을 계속 조사하는 경우와 비교하여 포토캐소드(3)의 열화를 방지할 수 있어, 포토캐소드(3)를 장수명화할 수 있다는 효과도 나타낸다.
＜실시예 4＞
다음에, 정보 표시 장치에 표시된 도 7a의 촬영 결과에 의거하여, 요철 모양을 갖는 부분의 확대 촬영을 할 수 있도록 촬영 영역(조사 영역)을 설정하고, 제어부(5)로 전자 빔(B)의 사출 회수를 설정했다. 또한, 실시예 3에서는 PeS의 로고를 형성할 수 있도록 전자 빔(B)의 파라미터를 설정했지만, 실시예 4에서는 전자 빔(B)의 강도가 제로가 되는 조사 영역이 대략 반원 형상이 되도록, 사출 회수의 순번을 고려하면서 파라미터의 설정을 행했다. 도 7b에 촬영 결과를 나타낸다. 도 7b에 나타내는 대로, 전자 빔(B)을 조사한 부분은 샘플의 확대한 요철 형성 부분의 촬영을 할 수 있고, 전자 빔(B)의 강도가 제로인 부분은 대략 반원 형상이 되었다. 도 7b에 나타내는 예에서는, 파라미터는 전자 빔(B)의 강도 변화의 2종류뿐이지만, 샘플의 원하는 장소에 원하는 파라미터를 갖는 전자 빔(B)을 조사할 수 있었다. 따라서, 상대측 장치(E)의 정보를 참조함으로써, 보다 상세하게 파라미터를 설정할 수 있는 것을 확인했다.
본 출원에서 개시하는 전자총, 전자선 적용 장치, 및, 전자 빔의 사출 방법에 의해, 전자총측의 구성 부재로, 조사 대상의 원하는 개소에 원하는 전자 빔 파라미터를 갖는 전자 빔을 조사할 수 있도록 설정할 수 있다. 따라서, 전자총을 취급하는 업자에 있어서 유용하다.
1, 1A~1D 전자총 2 광원
3 포토캐소드(캐소드) 4 애노드
5 제어부 6 정보 표시 장치
7 검출기 10 전자 빔 편향 장치
51 광량 조정 장치 52 여기 광 사이즈 조정 장치
53 전자 빔 사이즈 조정 장치 54 중간 전극
55 전자 빔 형상 조정 장치 B 전자 빔
CB 진공 챔버 L 여기 광
R 조사 영역

Claims (12)

  1. 광원과,
    상기 광원으로부터의 수광에 따라, 방출 가능한 전자를 생성하는 포토캐소드와,
    상기 포토캐소드와의 사이에서 전계를 형성할 수 있고, 형성한 전계에 의해 상기 방출 가능한 전자를 인출하여, 전자 빔을 형성하는 애노드와,
    제어부
    를 포함하는 전자총으로서,
    상기 제어부는,
    상기 전자 빔의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정하거나,
    또는,
    상기 전자 빔의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔의 전자 빔 파라미터를 상기 사출 시간에 관련지어 설정하는,
    전자총.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 전자 빔의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정하는 것이며,
    상기 전자 빔 파라미터가,
    전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상, 전자 빔의 사출 시간 및 전자 빔의 이미턴스로부터 선택되는 적어도 1개를 포함하는,
    전자총.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 사출 회수는 2 이상이며,
    상기 제어부는, 설정된 회수의 전자 빔을 사출할 때에, 적어도 1개의 전자 빔 파라미터가, 그 외의 전자 빔 파라미터로부터 선택되는 하나와 상이하도록 제어하는,
    전자총.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 전자 빔의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔의 전자 빔 파라미터를 상기 사출 시간에 관련지어 설정하는 것이며,
    상기 전자 빔 파라미터가,
    전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상 및 전자 빔의 이미턴스로부터 선택되는 1개를 적어도 포함하는,
    전자총.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는, 설정된 상기 사출 시간으로 전자 빔을 사출할 때에, 상기 전자 빔 파라미터가 상이한 전자 빔을 사출하는 시간을 포함하도록 제어하는,
    전자총.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포토캐소드로부터 2 이상의 전자 빔이 인출되도록, 상기 포토캐소드의 상이한 2 이상의 장소에 광원으로부터의 여기 광이 조사되는,
    전자총.
  7. 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,
    플라스마 발생 장치,
    원자상 원소 발생 장치,
    스핀 편극 전자선 발생 장치,
    캐소드 루미너선스 장치, 또는,
    역광 전자 분광 장치인,
    전자선 적용 장치.
  8. 전자 빔의 사출 방법으로서,
    전자 빔은,
    광원과,
    상기 광원으로부터의 수광에 따라, 방출 가능한 전자를 생성하는 포토캐소드와,
    상기 포토캐소드와의 사이에서 전계를 형성할 수 있고, 형성한 전계에 의해 상기 방출 가능한 전자를 인출하여, 전자 빔을 형성하는 애노드와,
    제어부
    를 포함하는 전자총으로부터 사출되며,
    상기 제어부는,
    상기 전자 빔의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정하거나,
    또는,
    상기 전자 빔의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔의 전자 빔 파라미터를 상기 사출 시간에 관련지어 설정할 수 있고,
    사출 방법은,
    상기 광원으로부터의 여기 광을 상기 포토캐소드에 조사하고, 여기 광의 수광에 따라 상기 포토캐소드에서 생성한 방출 가능한 전자를, 상기 포토캐소드와 상기 애노드의 사이에 형성한 전계에 의해 인출하여 전자 빔을 형성하는 전자 빔 사출 단계를 포함하고,
    상기 제어부는,
    전자 빔 사출 단계에 있어서, 사출하는 전자 빔이 설정한 전자 빔 파라미터가 되도록 제어하는,
    사출 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 전자 빔의 사출 회수를 설정하고, 사출하는 전자 빔마다 전자 빔 파라미터를 설정하는 것이며,
    상기 전자 빔 파라미터가,
    전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상, 전자 빔의 사출 시간 및 전자 빔의 이미턴스로부터 선택되는 적어도 1개를 포함하는,
    사출 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 사출 회수는 2 이상이며,
    상기 제어부는, 설정된 회수의 전자 빔을 사출할 때에, 적어도 1개의 전자 빔 파라미터가, 그 외의 전자 빔 파라미터로부터 선택되는 하나와 상이하도록 제어하는,
    사출 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 전자 빔의 사출 시간을 설정하고, 사출하는 전자 빔의 전자 빔 파라미터를 상기 사출 시간에 관련지어 설정하는 것이며,
    상기 전자 빔 파라미터가,
    전자 빔의 강도, 전자 빔의 가속 에너지의 크기, 전자 빔의 사이즈, 전자 빔의 형상 및 전자 빔의 이미턴스로부터 선택되는 1개를 적어도 포함하는,
    사출 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어부는, 설정된 상기 사출 시간으로 전자 빔을 사출할 때에, 상기 전자 빔 파라미터가 상이한 전자 빔을 사출하는 시간을 포함하도록 제어하는,
    사출 방법.
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