特許 6799394 電子ビーム放出方向調整方法および電子ビームエミッタ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6799394

(24)【登録日】2020年11月25日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】電子ビーム放出方向調整方法および電子ビームエミッタ装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/063 20060101AFI20201207BHJP

   H01J 37/067 20060101ALI20201207BHJP

   H01J 37/073 20060101ALI20201207BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/063

   H01J37/067

   H01J37/073

【請求項の数】9

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-125435(P2016-125435)

(22)【出願日】2016年6月24日

(65)【公開番号】特開2017-228488(P2017-228488A)

(43)【公開日】2017年12月28日

【審査請求日】2019年5月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】591012668

【氏名又は名称】株式会社ホロン

(74)【代理人】

【識別番号】100089141

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 守弘

(72)【発明者】

【氏名】山田 恵三

【審査官】 小林 直暉

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１３２７６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−２１６６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１４２０５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−５７８０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ３７／００−３７／０２

３７／０５

３７／０９−３７／１８

３７／２１

３７／２４−３７／２４４

３７／２５２−３７／２９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加熱されたエミッタ先端からエクストラクタ電極に印加した正電圧により引っ張られて放出される電子のうち任意の方向の電子を光軸上に放出されるように調整する電子ビーム放出方向調整方法において、
前記エミッタ先端が前記エクストラクタ電極の穴の中心から測定されたずれ量に対応する角度と移動量を有する機構を選択する機構選択ステップと、
前記機構選択ステップで選択された機構を、前記エミッタの保持部とそれの固定部の間に挿入して固定する機構設定ステップと
を備え、
前記機構設定ステップで挿入されて固定された後のエミッタの先端から所望の角度方向と移動方向の電子を光軸上に放出されるように調整したことを特徴とする電子ビーム放出方向調整方法。

【請求項2】

前記機構として、任意の角度と移動量を有する板あるいは筒としたことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム放出方向調整方法．

【請求項3】

前記エミッタ先端が特定の結晶面が出るように作製したことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の電子ビーム放出方向調整方法。

【請求項4】

前記エミッタ先端がタングステン結晶の１００面あるいは１１０面が出るように作製したことを特徴とする請求項３記載の電子ビーム放出方向調整方法。

【請求項5】

前記エミッタ先端がタングステン結晶の１００面が出、かつ隣接して１１０面が出るように作製したことを特徴とする請求項４記載の電子ビーム放出方向調整方法。

【請求項6】

前記エミッタ先端のタングステン結晶の１００面から電子を、あるいは１００面と１１０面との境界部分から電子を、光軸上に放出されるように調整したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電子ビーム放出方向調整方法。

【請求項7】

前記エミッタ先端にＺｒＯを、当該エミッタの先端から若干根本部分に配置したリザバから自動補給したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の電子ビーム放出方向調整方法。

【請求項8】

加熱されたエミッタの先端からエクストラクタ電極に印加した正電圧により引っ張られて放出される電子のうち任意の方向の電子を光軸上に放出されるように調整した電子ビームエミッタ装置において、
前記エミッタ先端が前記エクストラクタ電極の穴の中心から測定されたずれ量に対応する角度と移動量を有する機構と、
前記機構を、前記エミッタの保持部とそれの固定部の間に挿入して固定する固定機構と、
を備え、
前記固定機構で固定された後のエミッタの先端から所望の角度方向と移動方向の電子を光軸上に放出されるように調整したことを特徴とする電子ビームエミッタ装置。

【請求項9】

前記機構として、任意の角度と移動量を有する板あるいは筒としたことを特徴とする請求項８記載の電子ビームエミッタ装置．

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加熱されたエミッタ先端からエクストラクタ電極に印加した正電圧により引っ張られて放出される電子ビーム群のうち選択した電子ビームが光軸上に放出されるように調整する電子ビーム放出方向調整方法および電子ビームエミッタ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電子ビームを放射する電子ビームエミッタ装置は電子顕微鏡等に搭載された電子銃を構成する。電子銃から放出された電子は制限アパチャーやコンデンサレンズを通過し、最後に対物レンズで細く絞られてサンプル表面に照射される。電子顕微鏡の性能は如何に高い電流密度の電子ビーム、所謂高輝度電子ビームをサンプルに照射出来るかにかかっている。

【0003】

高輝度が必要とされるハイエンドの電子顕微鏡では、高輝度電子ビームを得るために、図９の（ａ）に示したような、タングステン単結晶針状電極を用いた電子放射陰極を利用する。この電子放射陰極は、結晶軸方位が＜１００＞方位からなるタングステン単結晶チップ（以下、単にＷチップという）に、ジルコニウム及び酸素からなる被覆層（以下、ＺｒＯ被覆層という）を設け、該ＺｒＯ被覆層の存在によってタングステン単結晶の（１００）面の仕事関数を約２．８ｅＶに低下させたもので、前記Ｗチップの先端部に形成された（１００）面に相当する微小な結晶面のみが電子放出領域となるので、従来の熱陰極よりも高輝度の電子ビームが得られ、しかも長寿命である特徴を有する。

【0004】

また、冷電界放射陰極よりも安定で、低い真空度でも動作し、使い易いという特徴を有している。

【0005】

上述した従来の電子放射陰極は、エミッタ台座に固定された金属支柱に設けられたタングステンワイヤーの所定の位置に電子ビームを放射するＷチップが溶接等により固着され、また、前記タングステンワイヤー等からの熱電子の放射を抑制する電界を形成するためのサプレッサー電極等から構成されている。

【0006】

そして、電子放射陰極においては、Ｗチップの一部に、ジルコニウム酸化物からなるジルコニウムと酸素の供給源、即ち、リザバが設けられている。Ｗチップの表面はＺｒＯ被覆層で覆われており、Ｗチップはタングステンワイヤーにより通電加熱されて、一般に１８００°Ｋ程度の温度下で使用され、Ｗチップ表面のＺｒＯ吸着層は蒸発により消耗する。しかし、リザバよりジルコニウム及び酸素が拡散することにより、Ｗチップの表面に連続的に供給されるので、結果的にＺｒＯ吸着層が維持される。

【0007】

電子はＷチップ（エミッタ）に高い電界を加えることにより仕事関数が低下するショトキー効果により放出されるため、エミッタ直上にはエクストラクタ電極と呼ばれる丸い穴の開いた電極が５００ミクロンから１ｍｍ程度離れた所に配置されている。真上から見た時にその中心にエミッタが配置されるように組み立てられている。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

半導体検査装置などでは高輝度で長寿命を有するＺｒＯ／Ｗエミッタが広く使用されているが、分解能やスループット等の装置性能を向上させるために、電子ビームエミッタの持つ性能を最大限に引き出すことが重要になってきている。特に、大きな電流密度の電流を実現することが大事である。

【0009】

現在の電子ビームエミッタはエクストラクタ電極とエミッタ先端の組み立て精度が低いため、完全な垂直方向には電子が放出されず、電子ビームエミッタごとに別々の方向に電子ビームが飛び出している。そのままでは電子ビームコラムの側面等に衝突して使えないので、ＳＥＭ画像を見ながら電子ビームが所望の軌跡を描くようにそれぞれアライメント用の磁場発生コイルを用いて軌道調整を行い、レンズやアパチャーの中心を通過させている。磁場による軌道修正は新たな収差や変動を引き起こし、輝度低下の原因と成るという課題があった。

【0010】

また、エミッタとエクストラクタ電極の位置制御が完璧であれば、電子ビーム放出方向は鉛直方向の１つと成り、電子ビーム光学系の光軸に真っ直ぐに電子ビームが入射できるため収差を小さく保つことが可能で非常に良い点もある。

【0011】

上記を実現するためには、エミッタとエクストラクタ電極の位置制御をミクロン単位の精度で行う必要があるが、現在の電子ビームエミッタにおいてアライメント精度を向上することは構造上無理があるため、数十から１００ミクロン相当の位置ばらつきが生じてしまい、充分な性能を発揮できないという課題があった。

【0012】

また、上記の位置ばらつきは、電子ビーム光学系の光軸に対して無視できないほど大きく外れているため、現在は電磁コイルを利用して電子ビームを複数回曲げ、電子ビーム光学系の光軸を通過するように調整している。エミッタの性能バラつきは放出される電子の質が変化することを意味するため、装置全体性能のばらつきを誘発し装置性能が劣化するという問題もあった。無理に組み立て精度を上げ、選別を行うとコスト高になり、商品としては採用できないという課題もあった。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、前記課題を解決するために、加熱されたエミッタの先端からエクストラクタ電極に印加した正電圧により引っ張られて放出される電子のうち任意の方向の電子を光軸上に放出されるように調整する電子ビーム放出方向調整方法において、エミッタ先端がエクストラクタ電極の穴の中心から測定されたずれ量に対応する角度を有する傾斜機構を選択する傾斜機構選択ステップと、傾斜機構選択ステップで選択された傾斜機構を、エミッタの保持部とそれの固定部の間に挿入して固定する傾斜機構設定ステップとを備え、
傾斜機構設定ステップで挿入されて固定された後のエミッタの先端から所望の角度方向の電子を光軸上に放出されるように調整するようにしている。

【0014】

この際、傾斜機構として、任意の傾斜角を有する傾斜板あるいは傾斜筒とするようにしている。

【0015】

また、測定されたずれ量に対応する角度を有する傾斜機構あるいは傾斜板あるいは傾斜筒として、測定されたずれ量に対応する角度と移動量あるいは移動量を有するものとするようにしている。

【0016】

また、エミッタ先端が特定の結晶面が出るように作製するようにしている。

【0017】

また、エミッタ先端がタングステン結晶の１００面あるいは１１０面が出るように作製するようにしている。

【0018】

また、エミッタ先端がタングステン結晶の１００面が出、かつ隣接して１１０面が出るように作製するようにしている。

【0019】

また、エミッタ先端のタングステン結晶の１００面から電子を、あるいは１００面と１１０面との境界部分から電子を、光軸上に放出されるように調整するようにしている。

【0020】

また、エミッタ先端にＺｒＯを、当該エミッタの先端から若干根本部分に配置したリザバから自動補給するようにしている。

【発明の効果】

【0021】

本発明は、電子ビームエミッタの工作精度を上げることなしに、電子ビームエミッタ固定台座の下に、電子ビーム放射方向調整用の傾斜板あるいは傾斜機構を入れ、エミッタ素子単体としては、組み立て誤差なので任意の方向に電子ビームが飛び出しても、装置全体としては、エミッタから放出される電子ビーム放射方向が目的とする方向に放射できる方法および装置を実現することが可能となる。

【0022】

また、傾斜補正した電子ビームが目的とする電子光学系の光軸を通過するように放射角度を維持したまま、平面内で電子ビーム放射位置を変更できる機構も合わせて実現することが可能となる。

【実施例1】

【0023】

図１は、本発明の１実施例説明図を示す。

【0024】

図１の（ａ）はエミッタ上面図の例を示し、図１の（ｂ）は先端位置の算出式の例を示す。

【0025】

図１の（ａ）において、エクストラクタ電極１は、エミッタ２の先端（所定温度に加熱状態にある先端）から電子を放出させる正の電圧を印加する穴を有する電極である（図１１、図１２等参照）。

【0026】

エクストラクタ電極中心１１は、エクストラクタ電極１の穴１２の中心であって、エクストラクタ電極１の外周に設けた例えば図示の２つのアライメントマークＸ１３および２つのアライメントマークＹ１４をもとに算出した穴の中心（Ｘ、Ｙ）である。

【0027】

エミッタ２は、図示のタングステンチップ先端であって、例えば後述する図５、図１２等のエミッタ（タングステンチップ先端）であり、電子を放出する部分（例えば単結晶タングステンから研磨して作製した特定の面（１００面あるいは１１０面等））である。

【0028】

以上の構成のもとで、エミッタ（タングステンチップ先端）２のエクストラクタ電極の穴１２の中心からのずれ量（Ｘ、Ｙ）を光学顕微鏡などで実測することにより、ずれ量を測定する。

【0029】

図１の（ｂ）は、先端位置の算出式の例を示す。ここでは図示の下式で算出する。

【0030】

・Ｒ^２＝Ｘ^２＋Ｙ^２ ・・・・・・（式１）
・θ＝arctan(Ｘ/Ｙ)・・・・・・（式２）
・ε＝傾斜角度（仰ぎ角度）・・・（式３）
ここで、Ｘ、Ｙは、エクストラクタ電極１の穴の中心からのＸ方向の距離、Ｙ方向の距離である。Ｒは、エクストラクタ電極１の穴の中心からの半径方向の距離である。θはＸ軸方向からの回転角度である（式２参照）。εは（式１）で算出したＲと、エミッタ２の先端とエクストラクタ電極１の中心との高さ方向の差Ｈとから決まる電子ビームの仰ぎ角度（傾斜角度）εである。

【0031】

以上のように、エミッタ（タングステンチップ先端）２を作製した状態におけるエクストラクタ電極１の穴の中心からのずれ量（Ｒ、θ、ε）を光学顕微鏡等を用いて測定することが可能となる（図３、図４等を用いて詳述する）。

【0032】

次に、図１の構成の概略を説明する。

【0033】

（１）エミッタ２は、図示外の固定台座に対してヒーターとなる２本のタングステンワイヤーを立てて、その先端に後述する図１２のＺｒＯリザバを有する先端鋭利な単結晶Ｗエミッタチップが配置される。

【0034】

（２）Ｗエミッタチップは大凡支持台座水平面に対して垂直方向に延びており、後述する図１２のサプレッサー電極５の中心孔に対してアライメントされる。アライメント精度は数十から数百ミクロン程度である。エクストラクタ電極１はこのサプレッサー電極５に対して位置決めが成され、エミッタ２とエクストラクタ電極１のアライメント精度はサプレッサー電極５の位置決め誤差にさらにエクストラクタの加工精度を加えた大きさである。

【0035】

（３）エミッタ２から放出される電子の方向は、エミッタ２に加えられる電界の強度分布で決定される。電界分布はエクストラクタ電極１の形状およびエクストラクタ電極１とエミッタ２の先端位置の関係で決定される。通常はタングステンチップ先端２に同心円状電界を加えるため、エクストラクタ電極１に設けられた穴１２の形状は真円が用いられる。エクストラクタ電極１の穴１２は、放電加工やエッチング加工等で加工され、１ミクロンよりも良い精度で穴加工されているものを利用する。

【0036】

（４）エミッタ２がエクストラクタ電極１の中心にあれば、エミッタ２に加えられる電界は等方性となるため、エミッタ２から放出される電子はエミッタ２から真っ直ぐの方向となる。エミッタ２の先端位置がエクストラクタ電極１の中心からずれると、ずれた方向の電極間距離が短くなって電界が強まり、電子ビームはその方向に傾いて放射される。

【0037】

（５）以上のようにエミッタ２の先端から放出される電子の方向はエミッタ２の先端とエクストラクタ電極１の中心の位置関係で決定されるので、エミッタ２の先端とエクストラクタ電極１の中心の位置関係を測定できれば、電子ビーム放射方向を知ることが出来る。エミッタ２の先端に存在する特定の電子放出ポイントから放出される電子ビームの放出方向はエクストラクタ電極に印加する電圧の強さによってはほとんど変化しないので、電子ビームエミッタ動作条件に無関係に放出方向が決定できる。つまり、電子ビーム放出方向は１つの電子ビームエミッタ装置に対して、エミッタ２の先端とエクストラクタ電極１との空間配置を変えない限り固有の量となる。

【0038】

（６）電子ビームエミッタには、電子ビームの放出方向あるいは電子ビームエミッタの実装方向が定義できるように位置だし用の精密アライメントマーク（図示のアライメントマークＸ１３，アライメントマークＹ１４）を予め設けて置く。

【0039】

（７）アライメントマークは顕微鏡で確認しやすいようにエクストラクタ電極１の表面、および、顕微鏡から外して、実際の電子ビーム装置に組み込む際に、電子ビームエミッタを一定方向に固定出来るように、電子ビームエミッタの筒に設ける。同一平面にある４つのアライメントマークの内お互いに対向する２つのアライメントマークを結んだ線が直角に交わり、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸に対応していると実用上便利である。また、エクストラクタ表面のアライメントマークと筒に設けたアライメントマークは認識しやすいように同じ位置方向に対応していることが望ましい。

【0040】

（８）先ず、エクストラクタ電極１の表面にあるアライメントマークＸ１３，Ｙ１４を用いて、電子ビームエミッタ２を測定顕微鏡上で一定方向に設置する。

【0041】

（９）その状態で測定顕微鏡を用いて、実装対象エミッタ２の、エクストラクタ電極１の開口部（穴）の中心座標を求める。最近の測定顕微鏡ではエクストラクタ電極１の穴１２の場所に測定カーソルを置くと自動的に中心座標を計算してくれる。次にエミッタ２の先端とエクストラクタ電極１の中心との距離をアライメントマークＸ１３，Ｙ１４を基準に水平軸成分をＸ、垂直軸成分をＹとして測定する。

【0042】

（１０）エミッタ２の先端とエクストラクタ電極１の中心との距離は図１の（ｂ）の（式１）で求められる。一番距離の大きい方角が電子ビームの放出される方向θ（図１の（ｂ）の（式２）参照）であり、その距離とエミッタ２の先端とエクストラクタ電極１の中心の高さの差Ｈから電子ビームの仰ぎ角度（傾斜角度）εが計算できる（図１の（ｂ）の（式３））。測定顕微鏡は、エミッタ２とエクストラクタ電極１の中心の方向を自動的に計算表示してくれる。

【0043】

（１１）電子ビームの放出方向（θ、ε）（更に、水平方向を加えた（θ、ε、Ｒ））が計算できたので、それを用いて例えば垂直方向（装置の光軸方向）に電子が放出されるように電子ビームエミッタを傾斜させる（更に水平方向に移動させる）ことが出来る。

【0044】

以下順次詳細に説明する。

【0045】

図２は、本発明の説明図（その１）である。

【0046】

図２の（ａ）はエミッタが傾斜した場合の電流量を模式的に示し、図２の（ｂ）はエミッタがシフトした場合の電流量を模式的に示す。

【0047】

図２の（ａ）において、エミッタ２が図示のように傾斜した場合には、光軸方向の所定立体角範囲内に放出される電子ビームは図示のようにＡ２に減少する。

【0048】

図２の（ｂ）において、エミッタ２が図示のようにシフト（水平方向に移動）した場合には、光軸方向の所定立体角範囲内に放出される電子ビームは図示のようにＢ２に減少する。

【0049】

以上のように、エミッタ２の先端がエクストラクタ電極１の穴の中心（中心位置）に対して傾斜した場合には図２の（ａ）のように光軸方向の所定立体角範囲内に放出される電子ビームの電流量が減少し、同様に、シフト（水平方向に移動）した場合には図２の（ｂ）のように光軸方向の所定立体角範囲内に放出される電子ビームの電流量が減少する。傾斜（（式３）のε）しても、シフト（（式１）（式２）のＲ、θ）してもいずれも光軸方向の所定立体角範囲内に放出される電子ビーム量が減少するので、これら減少を無くすように、傾斜した分やシフトした分を戻す補正（本発明の傾斜板あるいは傾斜機構を用いた傾斜、シフト（水平方向）補正）を行うことにより、最大の電子ビームの電流量を得るように調整することを可能にする。

【0050】

図３は、本発明の動作説明フローチャートを示す。

【0051】

図３において、Ｓ１は、エミッタを測定顕微鏡にアライメントして固定する。これは、例えば図１１、図１２に示すようにタングステンチップ先端（エミッタ）２をエクストラクタ電極１に固定した状態（取り外し、取り付けを繰り返しても常に同じ位置に固定されるようになっている）で、測定顕微鏡に取り付ける
Ｓ２は、エクストラクタ電極の穴の中心座標を測定する。これは、既述した図１のエクストラクタ電極１の穴１２の中心座標を測定、すなわち、２つのアライメントマークＸ１３および２つのアライメントマークＹ１４をもとに穴１２の中心座標を測定する。

【0052】

Ｓ３は、チップ先端とエクストラクタ電極１の穴１２の中心の距離を測定する。これは、Ｓ２で測定した穴１２の中心座標を基点とし、チップ先端（タングステンチップ先端）２の中心の距離Ｒを測定する（式（１）参照）。

【0053】

Ｓ４は、チップ先端とエクストラクタ電極の穴の中心との距離を勘案して、電子ビームの放出角度（傾斜角度）εおよび方向θを求める（（式３）、（式２）参照）。

【0054】

Ｓ５は、テーブルに合致したθとεの傾斜板、あるいは傾斜筒を選択する。これは、Ｓ３、Ｓ４で測定した放出角度（傾斜角度）ε、方向θに合致する傾斜板、傾斜筒を選択（あるいは傾斜機構に該ε、θを設定）する。

【0055】

Ｓ６は、θ、εの方向に合わせてソケット等に固定する。これは、Ｓ５で選択（設定）した傾斜板、傾斜筒（あるいはε、θを設定した傾斜機構）を、該θ、εの方向に合わせてソケット等の固定機構に固定し、エミッタ２の先端から放出される電子ビームが光軸上に放出されるように調整（補正）する。この際、顕微鏡を用いて現物合わせ（電子ビームが光軸上に放出されるように調整）してもよい。

【0056】

以上によって、作製されたエミッタ２について、測定顕微鏡でその先端のエクストラクタ電極１の中心からの距離Ｒ（（式１）参照），傾斜角ε（（式３）参照）、方向θ（（式２）参照）を測定し、これを補正するに合致した傾斜板、傾斜筒を選択（あるいはε、θ、更にＲを傾斜機構に設定）し、これをエミッタ２のソケット等に固定することにより、作製されたエミッタ−２が常に電子ビームを光軸上に放出するように調整（補正）することが可能となる。

【0057】

図４は、本発明の説明図（その２）を示す。これは、既述した図３のフローチャートで求めた先端の位置（Ｘ，Ｙ）、距離Ｒ，電子ビームの方向θ、傾斜角度εを設定して管理するものであって、図示の下記の情報を登録して管理するものである。

【0058】

・ｉＤ：
・先端の位置：
・Ｘ：
・Ｙ：
・距離Ｒ：
・ビーム方向θ：
・傾斜角度ε：
ここで、ｉＤはエミッタ２毎に一意に付与した管理番号であり、先端の位置はエミッタ２の先端の位置（Ｘ、Ｙ）であり、距離Ｒはエクストラクタ電極１の穴の中心からエミッタ２の先端までの距離Ｒであり（（式１）参照）、ビーム方向θはエミッタ２の先端のＸ方向からの角度であり（（式２）参照）、傾斜角度εはエミッタ２の先端からエクストラクタ電極１の穴の中心を見た傾斜角度である（（式３）参照）。

【0059】

管理番号に対応する傾斜板等を用意しておけば、組み立てあるいはメンテナンス時に容易に目的とする電子放出方向を実現できる。

【0060】

図５は、本発明の説明図（その３）を示す。これは、図１から図４で求めた情報（傾斜角ε（（式３）参照）、方向θ（（式２）参照）、距離Ｒ（（式１）参照））を用い、電子ビームエミッタ２から放出される電子が電子ビーム装置に対して所望の方向に電子ビームを安定照射出来る方法例を開示したものである。

【0061】

図５において、エミッタ２の固定台座の下に、Ｘ軸、Ｙ軸傾斜機構を設けたことに特徴がある。厚みを出来るだけ薄くしたいので、一番簡単な方法としては、傾斜機構として三脚状に調整ねじ３１を電子ビームのエミッタ２の台座の下部に設けて、調整する方法である。

【0062】

＜調整方法＞電子ビームの放出角度や仰角を利用して、例えば電子ビームがＷチップの軸方向に真っ直ぐになるように傾斜機構３（三脚状の調整ネジ３１）を調節する。例えば、Ｘ軸方向に１度傾斜して電子ビームが放出されると上記情報から計算された場合、電子ビームのエミッタ２の全体をＸ軸方向にマイナス１度傾ける。これにより電子ビームは電子光学系の光軸に対して平行に出るようになる。傾斜することによって、エミッタ２の先端の水平位置が変化してしまうが、ＸＹ移動機構を別途設けることで、電子ビームの軸を移動させ、電子光学系の光軸に一致した位置に電子ビームを放出することが可能となる。全ての調整が終了した後、可動部が移動しないように、固定する。

【0063】

以上の作業により、エミッタ２とエクストラクタ電極１の中心位置が大きくずれていたとしても、傾斜機構３を設けて調整することで、電子ビームのエミッタ２から外部に飛び出す電子の角度を電子ビーム装置に設置した時に該電子ビーム装置の光軸に一致させて、最大輝度の電子ビームの電流量を得ることが可能となる。

【0064】

図６は、本発明の説明図（その４）を示す。これは、エミッタ２の固定台座の下に、予め傾斜加工した板（傾斜板）を敷くことによって電子ビーム放出方向を制御する方法を開示したものである。

【0065】

図６において、電子ビームの放出方向は、１つの傾斜平面あるいはベクトルで定義できる。従って、その傾斜平面が所望の傾斜になるように補正用の傾斜板３２を電子ビームのエミッタ２の下に敷くことで、簡単、かつ安定に電子ビームの放出方法を所望の方向に変えることが出来る。

【0066】

傾斜板３２は１０のマイナス８乗以上の超高真空で利用できるように、脱ガスが起こりにくいセラミック材料あるいは高融点金属材料で作ることが望ましい。真空度向上のために数百度で焼き出しを行うので、３００度以上の高温に耐えることが必要である。

【0067】

セラミックを用いる場合は、アルミナ、ムライト、サファイヤ、ダイヤモンドなどを使用できる。

【0068】

金属を用いる場合は、酸化が進行しにくいアルミ、真鍮、銅やステンレス、タングステンやモリブデンなどの材料を利用できる。電子ビームは電磁気に敏感なので、非磁性材料が望ましい。固定に使用するねじ類も非磁性材料が望ましい。

【0069】

エミッタ２はＷワイヤに通電することで１８００°Ｋ程度まで加熱されて用いられる。Ｗを加熱するために利用するＷワイヤを通過させるための穴を傾斜板３２に設ける。

【0070】

電子ビーム放出方向は通常市販品の場合、±１０度程度の範囲には入る。実用上電子ビーム放出角度が±１度以内にあれば、光軸に電子ビームが放出されると予測できる。

【0071】

例えば、０から５度まで１度刻みの角度で傾斜加工した円形傾斜板３２を用意する。 計測結果（ε、θ、Ｒ）に基づいて、適切な傾斜板３２を選択して電子ビームのエミッタ２の固定台座の下に敷くことによって、最終的に得られる電子ビーム放出方向を光軸に対して±１度以内にすることが出来る。電子が放出される方向に、合うように傾斜板３２を置く方向を回転して、電子ビーム軸が光軸に一致するように設置する。

【0072】

製造される複数の電子ビームエミッタの先端とエクストラクタ電極１の穴の中心との距離測定値を統計処理して、中央値とそのばらつきを求め、その統計量に合わせて傾斜板３２を作製しても良い。例えば、３度傾斜が中央値で、３シグマが２．５度であれば、３度を中心に±０．５刻みで±２．５どの範囲の傾斜板３２を作っても良い。あるいは、０、０．５、１、２、３度の傾斜を持つ板を作り組み合わせて傾斜を実現する方法もある。このようにすると、０から５度まで０．５度刻みで角度を実現できる。板を重ねるので、それぞれの板がずれないように、板の表面等にアライメント用の凹凸部を付けて互いの位置を固定する。設置した傾斜板３２が移動しないように、しっかり押さえつけてねじなどで固定する。

【0073】

より精密な電子ビーム放射角度調整を行う場合は、得られた情報（ε、θ、更にＲ）にぴったり合うように傾斜板３２を作製してもよい。

【0074】

以上によって、図１から図４で測定したエミッタ２の情報（ε、θ、更にＲ）をもとに、たとえ光軸からずれた方向に電子ビームが放出されていたとしても該エミッタ２の台座の部分に所定の傾斜板を挿入して固定して補正することにより、電子ビームの放出方向を丁度、光軸に一致させ、最大輝度の電子ビームを電子光学系に入射させることが可能となった。

【0075】

図７は、本発明の説明図（その５）を示す。これは、図６の傾斜板を使用する代わりに、傾斜筒３３を利用したものである。電子ビームのエミッタ２は電子ビーム装置に固定する際にインローで固定する場合がある。その場合、エミッタ２の筒に丁度接するミクロンオーダー程度のクリアランスをもった、内径を有するもう１つの筒状支持部分を用いて、電子ビームのエミッタ２を支持する。ここで、インローを構成する筒に傾斜を持たせた傾斜筒３３を用いることで、任意の方向に電子ビームのエミッタ２を配置することが出来る。

【0076】

図７において、１度刻みで傾斜壁を有する傾斜筒３３を作り、その中に電子ビームのエミッタ２を配置することで電子ビームを所望の方向に放出することが可能となる。より厳密に調整を必要とする場合には、図１から図４で測定した情報（ε、θ、更にＲ）を用いて、その角度に合うように傾斜筒３３の傾斜を加工し、利用することが出来る。この場合には、完全に光軸に一致させて電子ビームを放出することが可能となる。

【0077】

図８は、本発明の説明図（その６）を示す。これは、図７の傾斜筒３３の代わりに、電子ビームのエミッタ２から特定方向に放出される電子ビームのみを容易に選択利用できるように、測定値に合わせて１度刻みで傾斜筒３４の角度を調整使用した例を示す。

【0078】

以上のように、測定値に合わせて傾斜筒３４の角度を有するものを作製し、これを用いて調整することにより、任意の角度方法に放出される電子ビームの方向を、光軸に一致させて放出されるようにすることが可能となる。

【0079】

図９は、本発明の説明図（その６）を示す。これは、エミッタ２である単結晶タングステンの先端に特定の結晶面が出るように電解研磨する。例えば通常のエミッタ２であれば、主面の１００面が出るように研磨して従来はこの面から電子ビームを図９の（ａ）のようにして使用している。本発明では、その横に１１０面が出るので、図９の（ｂ）に示すように利用することが可能となる。以下詳細に説明する。

【0080】

図９において、エミッタ２のタングステン先端に電界を加えると、印加電圧が３ＫＶと小さい場合は１００面からのみ電子が放出されるが、電界を３．８ＫＶと高くしていくと、１１０面と１００面の境界からの放出が始まり、さらに、電界を４．７ＫＶと高くすると、１１０面境界からの放出が１００面よりもずっと大きくなる性質がある。

【0081】

従来は、１００面から放出された電子を利用するように電子ビームのエミッタ２が装置に通常、設置されているため（図９の（ａ）参照）、１００面と１１０面との境界から放出される大きな輝度の電子ビームを利用できず、全て不要放射となっている。この不要放射はアパチャーや真空チャンバー壁を叩き、大量のガス放出を引き起こすため真空度の低下や真空度低下によるエミッタ２の汚染や放電によってエミッタ２の寿命の低下につながるため、普通は高い電界を加えることは避けて、１００面からの電子が主要電子に成る条件で使用する。従って０．１ｍA/sr程度の極めて低い輝度しかエミッタを利用できない。

【0082】

一方、本発明を利用すると、図９の（ｂ）に示すように、エミッタ２全体を傾斜させることによって、１１０面と１００面の境界から放出される電子が電子ビーム装置の光軸に一致するように設置出来るため、１１０面境界から放出される強い電子を電子ビーム装置が利用出来るようになる。１１０面と１００面の境界からの電子放出は１００面と比較して約１ケタ近く大きいため、非常に大きな輝度の電子ビームを得ることが可能となる（後述する図１０参照）。電子ビームの輝度は装置の分解能あるいはスループットに比例するため、非常に高分解能、あるいは非常に高速な検査装置等を実現できるようになる。

【0083】

以下詳細に説明する。

【0084】

図９の（ｂ）において、１１０面と１００面の境界から放出される電子を有効に取り出すためには、１１０面と１００面の境界の、特定領域のみに大きな電界が加わることが望ましい。

【0085】

本例では、エミッタ２の先端にある１００面と１１０面の境界がエクストラクタ電極１に隣接するように配置して,結晶面境界に電界を局所的に強く作用させる。このようにすると、エミッタ２の先端部に生じている電界は、境界部分に集中して、境界部分から多くの電子放出が得られるようになる。

【0086】

電子ビームのエミッタ２に図９の（ｂ）に図示の傾斜板（傾斜筒、傾斜機構）３５を設けることでどの方向にも電子ビームを向けることが出来るため、電子ビームのエミッタ２の全体を傾斜させて横方向に放出された電子が電子ビーム装置の光軸に一致する方向になるようにする。

【0087】

初期状態では１０度近く電子ビームの放出方向が電子ビーム光学系の光軸に対して傾いているため、傾斜補正した後は電子ビームの光学系の光軸から直角方向に大きくずれている可能性がある。その場合には、電子ビームのエミッタ２をＸＹ軸調整機構（水平調整機構）により、ＸＹ平面内を移動調整して電子ビームの放出位置が、電子ビーム光学系の光軸に一致するようにする。

【0088】

本実施例では利用するエミッタの先端形状は通常市場で流通している１００主面の単結晶が使用可能になるため、エミッタ２のチップ自身は軸対称構造となり、作りやすく、非常に安定である。もちろん、他の角度を有するエミッタを利用してもよい。

【0089】

一般に、電子ビーム装置で使用する電子ビームは電子ビームのエミッタ２が放出する全放出電流の内、１０００分の１以下の電流しか使用しないため、上記方法で得られた高電流密度を有する電子ビームを小さな制限アパチャーを用いて選択し、他の不要な電子ビームから分離して利用することで、1mA/srよりも非常に大きな電流密度をもつ電子ビームが利用可能となる。これにより、従来の何倍も高速な検査装置が実現できる。

【0090】

図１０は、本発明の説明図（その７）を示す。これは、既述した図９の（ａ）のタングステンチップ先端２の１００面（および隣接して１１０面を有する）から放出される電子ビームの電流量の測定例を示す。横軸は電子ビームの軸中心からの放出角度radを表し、縦軸は電流量（輝度ｍＡ／st）を表す。図１０から判明するように、１００面の平らな面から放出される電子ビーム（図１０上では上方向の電子ビーム）はグラフ中央のプラトー領域で小さなな電流である。一方、少し離れた角度の方向に放出される電子ビーム（図１０上ではグラフ中央から左右に約０．１８ｒａｄ程度離れた角度の方向に放出される電子ビーム）はその電流量が軸上の方向のものよりも大きい（高い）ことが判明する。この電流量が大きい（高い）方向に放出された電子ビームを、本発明の図９の（ｂ）のように傾斜板３５を用いて光軸方向に放出されるように調整（補正）することにより、極めて電流密度の大きい電子ビームを得ることが可能となる。

【0091】

図１１は、本発明の説明図（その８）を示す。図１１は、エミッタ２、エクストラクタ電極１、サプレッサー電極５の構成例（いわゆるＴＦＥといわれる構成例）を示す。

【0092】

図１１の（ａ）は正面図を示し、図１１の（ｂ）は上面図を示す。

【0093】

図１１において、エクストラクタ電極１は、既述したように、正の電圧を印加してエミッタ（タングステンチップ先端）２から電子ビームを放出させるものである。

【0094】

エクストラクタ固定用筒１６は、エクストラクタ電極１を所定高さで保持する筒である。

【0095】

タングステンチップ先端（エミッタ）２は、既述したように、タングステンチップを電解研磨して上面に所定面（例えば１００面）が出るように構成したものである。

【0096】

ＺｒＯリザバ２１は、図示のように、エミッタ２の根元の方向の部分に設けられ、加熱された状態でＺｒＯをエミッタ２の部分に自動補給するものである。

【0097】

タングステンワイヤー２２は、通電加熱してＺｒＯリザバ２１、エミッタ２を所定温度に加熱するものである。

【0098】

金属支柱２３は、タングステンワイヤー２２を保持し、通電加熱するためのものである。

【0099】

エミッタ台座２４は、高温に加熱された金属支柱２３を保持するものである。

【0100】

サプレッサー電極５は、エミッタ２に対して負の電圧を印加し、必要な電子ビームが光軸方向（図１１の上方向）に放出されるように電界を生成するものである。

【0101】

図１２は、本発明の説明図（その９）を示す。図１２は、図１１の構造を詳細に示すとともに各部に印加される電圧関係を示す。図１２中と図１１中の同じ番号は、同じものを示すので説明を省略する。

【0102】

図１２において、固定装置２５は、エミッタ台座２４に固定された金属支柱２３（エミッタ台座２４でもよい）を、エクストラクタ固定用筒１６の部分に固定するものである。

【0103】

Ｚ軸移動機構２６は、エクストラクタ電極１とエミッタ２との間の高さ方向の距離を調整するものである。

【0104】

ロックナット２７は、Ｚ軸移動機構２６をロックするものである。

【0105】

アノード６は、エクストラクタ電極１でエミッタ２から放出された電子ビームを加速する電圧を印加するものである。

【0106】

＜印加電圧関係＞（説明を簡単にするためにエミッタ２の電圧を以下０Ｖとする）
（１）エミッタ２には、０Ｖを印加する。
（２）サプレッサー電極５には、０以上、ー５００Ｖの範囲内の電圧を印加する。例えばー３００Ｖを印加する。
（３）エクストラクタ電極１には、０以上、＋８ＫＶの範囲内の電圧を印加する。例えば＋４ＫＶを印加する。
（４）アノード６には、０以上、＋５０ＫＶの範囲内の電圧を印加する。例えば＋１．５ＫＶ〜＋５ＫＶの範囲内の電圧を印加する。

【0107】

本実施例は、ＴＦＥに対して記述したが、室温近傍で用いる冷陰極や熱陰極に対しても同じように適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【0108】

【図1】本発明の１実施例説明図である。

【図2】本発明の説明図（その１）である。

【図3】本発明の動作説明フローチャートである。

【図4】本発明の説明図（その２）である。

【図5】本発明の説明図（その３）である。

【図6】本発明の説明図（その４）である。

【図7】本発明の説明図（その５）である。

【図8】本発明の説明図（その６）である。

【図9】本発明の説明図（その７）である。

【図10】本発明の説明図（その８）である。

【図11】本発明の説明図（その９）である。

【図12】本発明の説明図（その１０）である。

【符号の説明】

【0109】

１：エクストラクタ電極
１１：エクストラクタ電極中心
１２：エクストラクタ電極の穴
１３：アライメントマークＸ
１４：アライメントマークＹ
１５：固定用アライメント
１６：エクストラクタ固定用筒
２：エミッタ（タングステンチップ先端）
２１：ＺｒＯリザバ
２２：タングステンワイヤー
２３：金属支柱
２４：エミッタ台座
２５：固定装置
２６：Ｚ軸移動機構
２７：ロックナット
３：傾斜機構
３１：三脚状の調整ネジ
３２、３５：傾斜板
３３、３４：傾斜筒
５：サプレッサー電極
６：アノード
７：エクストラクタ座標テーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】