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公開番号2025012771
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023115863
出願日2023-07-14
発明の名称ショットキー電子源を備える電子線装置及びショットキー電子源の運用方法
出願人株式会社日立ハイテク
代理人ポレール弁理士法人
主分類H01J 37/073 20060101AFI20250117BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ハードウェアを追加することなく、ファセットの形状の崩れを短時間で再生可能な、ショットキー電子源を備える電子線装置及びショットキー電子源の運用方法を提供する。
【解決手段】ショットキー電子源の運用方法であって、前記ショットキー電子源を第一温度で加熱しながら前記ショットキー電子源に第一電界を印加する第一段階と、前記ショットキー電子源を第二温度で加熱しながら前記ショットキー電子源に第二電界を印加する第二段階とを実行し、前記第一温度は前記ショットキー電子源の運用温度及び前記第二温度よりも高く、前記第一電界は前記ショットキー電子源の運用電界以上であって前記第二電界よりも低く、前記第二温度は前記運用温度以上であって前記第一温度よりも低く、前記第二電界は前記運用電界及び前記第一電界よりも高いことを特徴とする。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
ショットキー電子源を備える電子線装置であって、
前記ショットキー電子源を加熱する加熱源と、
前記ショットキー電子源に電界を印加する電源と、
前記加熱源と前記電源を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記ショットキー電子源を第一温度で加熱しながら前記ショットキー電子源に第一電界を印加する第一段階と、前記ショットキー電子源を第二温度で加熱しながら前記ショットキー電子源に第二電界を印加する第二段階とを実行し、
前記第一温度は前記ショットキー電子源の運用温度及び前記第二温度よりも高く、
前記第一電界は前記ショットキー電子源の運用電界以上であって前記第二電界よりも低く、
前記第二温度は前記運用温度以上であって前記第一温度よりも低く、
前記第二電界は前記運用電界及び前記第一電界よりも高いことを特徴とする電子線装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電子線装置であって、
前記ショットキー電子源が、タングステン単結晶のティップと酸化ジルコニウムのレゼボアを有するＺｒ／Ｏ／Ｗ電子源であるとき、
前記運用温度が１５５０Ｋ以上１７００Ｋ未満であれば、前記第一温度は１７００Ｋ以上２０００Ｋ未満であり、前記運用温度が１７００Ｋ以上１８５０Ｋ未満であれば、前記第一温度は１７００Ｋ以上２０００Ｋ未満であって、
前記第一温度が１７００Ｋ以上１８５０Ｋ未満であれば、前記第二温度は１５５０Ｋ以上１７００Ｋ未満であり、前記第一温度が１８５０Ｋ以上２０００Ｋ未満であれば、前記第二温度は１５５０Ｋ以上１８５０Ｋ未満であることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電子線装置であって、
前記ショットキー電子源が、タングステン単結晶のティップと酸化ジルコニウムのレゼボアを有するＺｒ／Ｏ／Ｗ電子源であるとき、
前記第一電界は０．５ＧＶ／ｍ以上１．５ＧＶ／ｍ未満であり、
前記運用電界が０．５ＧＶ／ｍ以上１．０ＧＶ／ｍ未満であれば、前記第二電界は、１．０ＧＶ／ｍ以上２．０ＧＶ／ｍ未満であり、前記運用電界が１．０ＧＶ／ｍ以上１．５ＧＶ／ｍ未満であれば、前記第二電界は、１．５ＧＶ／ｍ以上２．０ＧＶ／ｍ未満であることを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電子線装置であって、
前記ショットキー電子源が、タングステン単結晶のティップと酸化ジルコニウムのレゼボアを有するＺｒ／Ｏ／Ｗ電子源であって、前記加熱源が前記Ｚｒ／Ｏ／Ｗ電子源にフィラメント電流を供給するとき、
前記制御部は、前記運用温度のときのフィラメント電流を１００％とした場合、前記第一温度のときのフィラメント電流を１０１％～１２１％とし、前記第一温度のときのフィラメント電流を１００％とした場合、前記第二温度のときのフィラメント電流を８９％～９９％とすることを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電子線装置であって、
前記ショットキー電子源が、タングステン単結晶のティップと酸化ジルコニウムのレゼボアを有するＺｒ／Ｏ／Ｗ電子源であって、前記電源が前記Ｚｒ／Ｏ／Ｗ電子源に実効電圧を印加するとき、
前記制御部は、前記第二電界のときの実効電圧を１００％とした場合、前記第一電界のときの実効電圧を３０％～９９％とし、前記運用電界のときの実効電圧を１００％とした場合、前記第二電界のときの実効電圧を１０１％～３２４％とすることを特徴とする電子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電子線装置であって、
前記制御部は、前記第一温度、前記第一電界、前記第二温度、前記第二電界を所定の値に固定することを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電子線装置であって、
前記制御部は、前記第一温度、前記第一電界、前記第二温度、前記第二電界を段階的に変化させることを特徴とする電子線装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電子線装置であって、
前記制御部は、前記第一温度、前記第一電界、前記第二温度、前記第二電界を連続的に変化させることを特徴とする電子線装置。
【請求項９】
ショットキー電子源の運用方法であって、
前記ショットキー電子源を第一温度で加熱しながら前記ショットキー電子源に第一電界を印加する第一段階と、前記ショットキー電子源を第二温度で加熱しながら前記ショットキー電子源に第二電界を印加する第二段階とを実行し、
前記第一温度は前記ショットキー電子源の運用温度及び前記第二温度よりも高く、
前記第一電界は前記ショットキー電子源の運用電界以上であって前記第二電界よりも低く、
前記第二温度は前記運用温度以上であって前記第一温度よりも低く、
前記第二電界は前記運用電界及び前記第一電界よりも高いことを特徴とする運用方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキー電子源を備える電子線装置及び電子線装置に備えられるショットキー電子源の運用方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ショットキー電子源（Schottky Emitter: SE）は、高空間分解化と高安定動作を両立できる電子源として電子顕微鏡などの電子線装置に広く用いられ、高温・高電界下で動作することから熱電界放出電子源（Thermal Field Emitter: TFE）とも呼ばれる。
【０００３】
ショットキー電子源の一例は、（１００）結晶面を先端に有する針状のタングステン（Ｗ）単結晶の胴体部に、ジルコニウム（Ｚｒ）原子と酸素（Ｏ）原子の供給源となる酸化ジルコニウム（ＺｒＯ
２
）が設けられたＺｒ／Ｏ／Ｗ電子源である。（１００）結晶面はファセット、針状のタングステン単結晶はティップ、酸化ジルコニウムはレゼボアと呼ばれる。ティップの加熱と電界の印加によりレゼボアからファセットへＺｒ原子とＯ原子が供給されてファセットの仕事関数が下がり、さらに加熱されたティップの先端に電界が集中することにより、ファセットから電子が放出される。Ｚｒ／Ｏ／Ｗ電子源は、立ち上げ初期や比較的低い電流密度で長期間使用された後において、ファセットの形状が崩れ、放出電流が不安定になることがある。
【０００４】
特許文献１には、ファセットの形状が崩れたＺｒ／Ｏ／Ｗ電子源に対して、下記の第１工程と第２工程を順に実施することにより、放出電流を安定化させる方法が開示される。すなわち第１工程では、ティップの温度を１７５０Ｋ以上１９００Ｋ未満とし、１．５ＧＶ／ｍ以上３．０ＧＶ／ｍ未満の電界をティップに印加することにより、ファセットの形状が再生される。また第２工程では、ティップの温度を１６００Ｋ以上１７５０Ｋ未満とし、０．５ＧＶ／ｍ以上１．５ＧＶ／ｍ未満の電界をティップに印加することにより、安定した放出電流が維持される。
【０００５】
特許文献２には、熱電界放出電子源に対向して設けられた引出電極に、通常運転用順電圧とは逆極性の電圧を印加することにより、ファセットの形状の崩れを再生することが開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特公平６－２８１４２号公報
特開２０１３－１９１３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献１では、ファセットの形状が再生される第１工程に約２０時間を要する。また特許文献２では、約３０分という比較的短時間でファセットを再生できるものの、逆極性の電圧を引出電極に印加するためのハードウェア、例えば逆極性の電源や高電圧の切り替えスイッチを追加する必要があり、電子線装置の製造コストが上昇する。
【０００８】
そこで本発明は、ハードウェアを追加することなく、ファセットの形状の崩れを短時間で再生可能な、ショットキー電子源を備える電子線装置及びショットキー電子源の運用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、ショットキー電子源を備える電子線装置であって、前記ショットキー電子源を加熱する加熱源と、前記ショットキー電子源に電界を印加する電源と、前記加熱源と前記電源を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記ショットキー電子源を第一温度で加熱しながら前記ショットキー電子源に第一電界を印加する第一段階と、前記ショットキー電子源を第二温度で加熱しながら前記ショットキー電子源に第二電界を印加する第二段階とを実行し、前記第一温度は前記ショットキー電子源の運用温度及び前記第二温度よりも高く、前記第一電界は前記ショットキー電子源の運用電界以上であって前記第二電界よりも低く、前記第二温度は前記運用温度以上であって前記第一温度よりも低く、前記第二電界は前記運用電界及び前記第一電界よりも高いことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、ショットキー電子源の運用方法であって、前記ショットキー電子源を第一温度で加熱しながら前記ショットキー電子源に第一電界を印加する第一段階と、前記ショットキー電子源を第二温度で加熱しながら前記ショットキー電子源に第二電界を印加する第二段階とを実行し、前記第一温度は前記ショットキー電子源の運用温度及び前記第二温度よりも高く、前記第一電界は前記ショットキー電子源の運用電界以上であって前記第二電界よりも低く、前記第二温度は前記運用温度以上であって前記第一温度よりも低く、前記第二電界は前記運用電界及び前記第一電界よりも高いことを特徴とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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