電子槍、帶電粒子槍及利用該電子槍、帶電粒子槍的帶電粒子束裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于帶電粒子束裝置的電子槍及帶電粒子槍，并涉及利用該電子槍及帶電粒子槍的帶電粒子束裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了獲得高分辨率的電子顯微鏡，需要在試樣上以收束為小徑的狀態(tài)照射大電流的電子束。為此，作為產(chǎn)生電子束的電子槍需要亮度較高的類型。
[0003]冷陰極場發(fā)射(CFE)型電子槍常用于高亮度且高分辨率的電子顯微鏡，冷陰極場發(fā)射型電子槍的電子源，與熱電子發(fā)射或肖特基發(fā)射等其它電子源相比，光源尺寸小且電子源的亮度大。此外，所引出的電子具有的能量散布非常小。在使用電子透鏡等的電子光學系統(tǒng)中使電子束收束時，會產(chǎn)生與電子束的能量散布成比例的稱為色像差的模糊。即，發(fā)射能量散布小的電子源能夠減小色像差而使電子束更細地收束。
[0004]以往，在將冷陰極場發(fā)射型電子源應(yīng)用于電子槍的情況下，一般使用圖2所示的引出電極21和加速電極22構(gòu)成的巴特勒透鏡。這里，所謂巴特勒透鏡是一種具有將兩張圓形的電極板并行配置而成的構(gòu)造的靜電透鏡，兩張圓板的外側(cè)為平板狀，彼此相向的內(nèi)側(cè)則從外周到中心平緩地變薄。在兩張圓板上具備用于使電子束通過的開口。為了容易加工，使該形狀略微變形所得透鏡也稱為巴特勒透鏡或巴特勒型透鏡。使用該構(gòu)造時具有能夠使電子槍的構(gòu)造簡易且比較小型的優(yōu)點。
[0005]并且，為了降低電子槍的像差和提高亮度，提出了一種磁場重疊型電子槍，其在靜電透鏡基礎(chǔ)上還使用磁場透鏡來收束電子束。例如專利文獻I所示，在磁場透鏡的磁場中配置電子源，使用焦點距離短的磁場透鏡使從電子源發(fā)射的電子束收束，從而能夠減小從電子源引出電子的靜電透鏡的作用，即使電子束的導入角增大也能夠抑制像差增大而實現(xiàn)電子束的大電流化。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2010 - 272381號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的課題
[0010]為了實現(xiàn)高分辨率的電子顯微鏡及電子束應(yīng)用裝置，需要使用電子束的假想光源徑小的電子槍。并且，為了使用較小的假想光源徑獲得具有實效的小光源徑，需要減小電子槍自身的像差。在以往的使用巴特勒型透鏡的電子槍中像差較大，因此在用于電子顯微鏡時需要利用電子槍之后的電子透鏡進行縮小。從而導致無法有效地利用光源的亮度。
[0011]另一方面，如專利文獻I所示，在電子槍部上組合磁場透鏡進行使用也能夠?qū)崿F(xiàn)低像差的電子槍。但是，由于將靜電透鏡與磁場透鏡組合使用需要進行光學系統(tǒng)的合軸而導致操作性降低。并且機構(gòu)復雜而導致電子槍比較大型。
[0012]并且，在以往的使用巴特勒型透鏡的電子槍中，如果使施加于加速電極的電壓變化則電子束的假想焦點的位置會顯著變化。由此光學系統(tǒng)的軸有時會發(fā)生偏移，電子束的照射位置或尺寸等有時會發(fā)生變化，搭載電子槍的電子顯微鏡及電子束應(yīng)用裝置的穩(wěn)定性和操作性降低。
[0013]為此，本申請目的是提供比較小型且像差小的電子槍(及帶電粒子槍)。
[0014]用于解決課題的方法
[0015]在本申請中，對代表性要點進行如下簡單說明。
[0016]S卩，本案的電子槍具有:針狀的電子源，其為場發(fā)射型電子源；加速電極，其使從上述電子源發(fā)射的電子加速；控制電極，其配置在比上述加速電極靠近上述電子源側(cè)且具有比上述加速電極的開口直徑大的開口直徑；以及控制部，其根據(jù)施加于上述加速電極的電位對施加于上述控制電極的電位進行控制。
[0017]并且，本案的帶電粒子束裝置是使用上述電子槍的帶電粒子束裝置，其特征在于，具備:至少一個以上的靜電或磁場透鏡；載置觀察試樣的試樣載臺；以及計測反射電子、二次電子中的至少一種的檢測器，利用上述電子束對試樣進行觀察或分析。
[0018]并且，本案的帶電粒子槍具有:帶電粒子源；加速電極，其使從上述帶電粒子源發(fā)射的帶電粒子加速；控制電極，其配置在比上述加速電極靠近上述帶電粒子源側(cè)且具有比上述加速電極的開口直徑大的開口直徑；以及控制部，其根據(jù)施加于上述加速電極的電位對施加于上述控制電極的電位進行控制。
[0019]發(fā)明的效果
[0020]采用上述帶電粒子槍能夠在帶電粒子源附近比以往緊湊地形成電場。其結(jié)果是能夠在帶電粒子源附近形成焦點距離短的靜電透鏡。
【附圖說明】
[0021]圖1是表示實施例1的電子槍的結(jié)構(gòu)的圖。
[0022]圖2是表示以往的巴特勒透鏡型電子槍的結(jié)構(gòu)的圖。
[0023]圖3是表示變形例I的電子槍的結(jié)構(gòu)的圖。
[0024]圖4是表示搭載有實施例1的電子槍的電子顯微鏡的真空排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0025]圖5是表示實施例1的電子槍的加速電壓與控制電壓的關(guān)系的圖。
[0026]圖6是表不電子槍中的電子軌道的圖。
[0027]圖7是表示實施例1的電子槍及以往的巴特勒透鏡型電子槍的像差系數(shù)的理論解析結(jié)果的圖。
[0028]圖8是表示實施例1的電子槍及以往的巴特勒透鏡型電子槍的獲取任意的加速電壓的電子束時的假想焦點位置的理論解析結(jié)果的圖。
[0029]圖9是表示變形例2的電子槍的結(jié)構(gòu)的圖。
[0030]圖10是表示電子槍中的電子軌道的圖。
[0031 ] 圖11是表示變形例3的電子槍的結(jié)構(gòu)的圖。
[0032]圖12是表不搭載有實施例1的電子槍的掃描型電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
[0033]圖13是表不搭載有實施例1的電子槍的小型的掃描型電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
[0034]圖14是表示實施例4的離子槍的結(jié)構(gòu)的圖。
[0035]圖15是表不搭載有實施例4的離子槍的掃描離子顯微鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
[0036]圖16是表示實施方式的帶電粒子槍的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實施方式】
[0037]上述以外的課題、結(jié)構(gòu)及效果可以通過以下實施方式的說明而明了。以下參照附圖對實施方式、實施例及變形例進行說明。另外，在用于對實施方式、實施例及變形例進行說明的各圖中，對具有同一功能者標記同一符號而省略重復說明。
[0038]圖16是表示實施方式的帶電粒子槍的結(jié)構(gòu)的圖。帶電粒子槍200具有:帶電粒子源201 ;使從帶電粒子源201發(fā)射的帶電粒子加速的加速電極203 ;配置在比加速電極203靠近帶電粒子源201側(cè)而具有比加速電極203的開口直徑⑶大的開口直徑⑷的控制電極202 ;以及按照施加于加速電極203的電位(V。)對施加于控制電極202的電位(Vc)進行控制的控制部206。
[0039]控制部206通過對電源204、205進行控制，來控制施加于控制電極202及加速電極203的電壓。
[0040]在帶電粒子槍200中將帶電粒子源201與加速電極203的距離設(shè)為L時則優(yōu)選D/L<1。并且，在帶電粒子槍200中優(yōu)選6mm < L < 20_。
[0041]并且，帶電粒子槍200具有:帶電粒子源201 ;使從帶電粒子源201發(fā)射的帶電粒子加速的加速電極203 ;配置在比加速電極203靠近帶電粒子源201側(cè)的控制電極202 ;按照施加于加速電極203的電位對施加于控制電極202的電位進行控制的控制部206?？刂撇?06在加速電極203的加速電壓小的情況下，將用于提高帶電粒子源201的頂端的電場的控制電壓施加于控制電極202，并在加速電壓高的情況下，將用于抑制帶電粒子源201的頂端的電場的控制電壓施加于控制電極202。
[0042]采用上述帶電粒子槍能夠在帶電粒子源附近極為緊湊地形成電場。其結(jié)果是能夠在帶電粒子源附近形成焦點距離短的靜電透鏡而減小像差。并且，通過使用焦點距離短的靜電透鏡，能夠減小使加速電壓變化時的假想焦點位置的變化。
[0043]雖然在以下實施例中主要是對從電子源產(chǎn)生電子束的電子槍進行說明，但是也能夠應(yīng)用于從離子源等帶電粒子源產(chǎn)生帶電粒子束的帶電粒子槍。
[0044]實施例1
[0045]< 結(jié)構(gòu) >
[0046]圖1是表不實施例1的電子槍的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表不實施例1的變形例I的電子槍的結(jié)構(gòu)的圖。實施例1的電子槍10基本上為軸對稱構(gòu)造，在置于中心軸上的電子源I和加速電極3之間設(shè)置具有開口的控制電極2。電子源1、控制電極2及加速電極3設(shè)置于比10 8Pa高的真空。電子源1、加速電極3、及控制電極2彼此電絕緣，通過加速電源5以接地部為基準向電子源I施加電位(V。)。另外，通過控制電極電源4以電子源I的電位(V。)為基準向控制電極2施加電壓(Vc)。并且，電子槍10具有控制部6，其以與加速電壓(V。)聯(lián)動地施加控制電壓(Vc)的方式進行控制。并且，電子槍10具有用于調(diào)整電子源I的水平位置的位置調(diào)整機構(gòu)7。電子源I是冷陰極場發(fā)射(CFE)型的電子源。
[0047]這里，控制電極2的開口直徑(d)具有比加速電極3的開口直徑⑶大的構(gòu)造。增大控制電極2的開口的優(yōu)點在于，能夠相對地緩和控制電極2相對于電子源I的頂端的位置偏移的影響，因此容易進行制作和軸調(diào)整。在靠近電子源I的頂端(發(fā)射極頂端)的位置上配置控制電極2。從電子源I的頂端到控制電極2的下端的距離⑴優(yōu)選為2mm以下。
[0048]為了對電子源I與電極(控制電極2、加