DE112019006988T5

DE112019006988T5 - Elektronenquelle und mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung

Info

Publication number: DE112019006988T5
Application number: DE112019006988.8T
Authority: DE
Inventors: Keigo Kasuya; Akira Ikegami; Kazuhiro Honda; Masahiro Fukuta; Takashi Doi; Souichi Katagiri; Aki Takei; Soichiro Matsunaga
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2021-11-18
Also published as: TW202040591A; KR102640728B1; JP7137002B2; WO2020213109A1; CN113646864A; KR20210129191A; US20220199349A1; TWI724803B; JPWO2020213109A1; CN113646864B; US11929230B2

Abstract

Ein Hochstrom-Elektronenstrahl wird von einer Elektronenkanone einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung stabil emittiert. Die Elektronenkanone der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung weist Folgendes auf: eine SE-Spitze 202, einen Unterdrücker 303, der hinter einem distalen Ende der SE-Spitze angeordnet ist, eine schalenförmige Extraktionselektrode 204, die eine Bodenfläche und einen zylindrischen Abschnitt aufweist und die SE-Spitze und den Unterdrücker einschließt, und einen Isolator 208, der den Unterdrücker und die Extraktionselektrode hält. Eine Abschirmungselektrode 301 aus einem leitfähigen Metall mit einem zylindrischen Abschnitt 302 ist zwischen dem Unterdrücker und dem zylindrischen Abschnitt der Extraktionselektrode bereitgestellt. Eine Spannung, die niedriger ist als eine an die SE-Spitze angelegte Spannung, ist an die Abschirmungselektrode angelegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronenquelle, die einen zu einer Probe zu emittierenden Elektronenstrahl liefert, und eine die Elektronenquelle verwendende mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung.
Technischer Hintergrund
Eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung erzeugt ein Beobachtungsbild einer Probe durch Emittieren eines Strahls geladener Teilchen in der Art eines Elektronenstrahls zur Probe und Erfassen durchgelassener Elektronen, von Sekundärelektronen, von Rückstreuelektronen, von Röntgenstrahlen und dergleichen, die von der Probe emittiert werden. Das erzeugte Bild muss eine hohe räumliche Auflösung und, wenn es wiederholt erzeugt wird, eine gute Reproduzierbarkeit aufweisen. Um dies zu implementieren, muss die Helligkeit des emittierten Elektronenstrahls hoch sein und der Strom stabil sein. Ein Beispiel einer einen solchen Elektronenstrahl emittierenden Elektronenkanone ist eine Schottky-EmissionsElektronenkanone (nachstehend als SE-Elektronenkanone bezeichnet). PTL 1 beschreibt ein Beispiel eines Aufbaus der SE-Elektronenkanone.
In den letzten Jahren sind Halbleitervorrichtungen und Materialien komplizierter geworden, und es ist eine sie inspizierende und messende mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung erforderlich, um eine große Anzahl von Proben oder Punkten auf derselben Probe in kurzer Zeit zu beobachten. Zusätzlich muss der Durchsatz dieser Beobachtungen erhöht werden. Diese kurzzeitigen Beobachtungen können durch Emittieren eines hohen Stroms von der Elektronenkanone und Verkürzen der für die Erzeugung eines Bilds benötigten Zeit implementiert werden.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: JP-A-8-171879
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Forschungen der Erfinder haben ergeben, dass eine recht kleine Entladung (nachstehend als sehr kleine Entladung bezeichnet) viele Male unregelmäßig auftritt, wenn ein hoher Strom von der in PTL 1 beschriebenen SE-Elektronenkanone emittiert wird, und dass der Strom des Elektronenstrahls schwankt. Bei einem zur Zeit einer solchen Stromschwankung erzeugten Bild ist die räumliche Auflösung verschlechtert und lässt sich keine Reproduzierbarkeit erzielen. Bei einer Beobachtung mit hoher räumlicher Auflösung unter Verwendung einer Inspektionsvorrichtung oder einer Messvorrichtung ist eine Reproduzierbarkeit mit einer Genauigkeit von 0,1 nm erforderlich, so dass eine Änderung der räumlichen Auflösung infolge der sehr kleinen Entladung nicht erlaubt werden kann, was direkt zu einer Verringerung der Leistungsfähigkeit der Vorrichtung führt. Weil die Zeit der Erzeugung der sehr kleinen Entladung und der Betrag der Stromschwankung infolge der Entladung zufällig sind, ist es ferner schwierig, die Erzeugung der sehr kleinen Entladung vorherzusagen und die Verschlechterung der räumlichen Auflösung an einem System zu korrigieren. Ein solches bei der Entladung des großen Stroms auftretendes Problem ist in PTL 1 nicht beschrieben.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Elektronenquelle, die in der Lage ist, eine sehr kleine Entladung zu verringern und einen Hochstrom-Elektronenstrahl stabil zu emittieren, und eine diese verwendende mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung bereitzustellen.
Lösung des Problems
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe sieht die Erfindung eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung vor, die eine Elektronenkanone aufweist, welche Folgendes aufweist: eine Spitze, einen Unterdrücker, der hinter einem distalen Ende der Spitze angeordnet ist, eine Extraktionselektrode, die eine Bodenfläche und einen zylindrischen Abschnitt aufweist und die Spitze und den Unterdrücker einschließt, einen Isolator, der den Unterdrücker und die Extraktionselektrode hält, und ein leitfähiges Metall, das zwischen dem Unterdrücker und dem zylindrischen Abschnitt der Extraktionselektrode bereitgestellt ist. Eine Spannung, die niedriger ist als eine an die Spitze angelegte Spannung, ist an das leitfähige Metall angelegt.
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe sieht die Erfindung eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung vor, die eine Elektronenkanone aufweist, welche Folgendes aufweist: eine Spitze, einen Unterdrücker, der hinter einem distalen Ende der Spitze angeordnet ist, einen leitfähigen Stützabschnitt, der den Unterdrücker hält, eine Extraktionselektrode, die eine Bodenfläche und einen zylindrischen Abschnitt aufweist und die Spitze und den Unterdrücker einschließt, einen Isolator, der den Stützabschnitt und die Extraktionselektrode hält, und ein leitfähiges Metall, das zwischen dem Stützabschnitt und dem zylindrischen Abschnitt der Extraktionselektrode bereitgestellt ist. Eine Spannung, die niedriger ist als eine an die Spitze angelegte Spannung, ist an das leitfähige Metall angelegt.
Ferner sieht die Erfindung zur Lösung der vorstehenden Aufgabe eine Elektronenquelle vor, welche Folgendes aufweist: eine Spitze, einen Unterdrücker, der hinter einem distalen Ende der Spitze angeordnet ist, einen Isolator, der einen elektrisch mit der Spitze und dem Unterdrücker verbundenen Anschluss hält, und ein leitfähiges Metall, das sich auf einer Seitenfläche des Unterdrückers befindet.
Vorteilhafte Wirkung
Gemäß der Erfindung können eine Elektronenquelle, die in der Lage ist, einen Hochstrom-Elektronenstrahl stabil zu emittieren, und eine die Elektronenquelle verwendende mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung bereitgestellt werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm eines Rasterelektronenmikroskops als Beispiel einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration um eine SE-Elektronenkanone aus dem Stand der Technik,
3A ein schematisches Diagramm einer Konfiguration um eine SE-Elektronenkanone gemäß der ersten Ausführungsform,
3B eine perspektivische Ansicht eines Konfigurationsbeispiels einer Elektronenquelle der SE-Elektronenkanone gemäß der ersten Ausführungsform,
4 ein Diagramm einer Stromänderung eines Elektronenstrahls, wenn in der SE-Elektronenkanone eine sehr kleine Entladung auftritt,
5 ein schematisches Diagramm eines Mechanismus, bei dem die sehr kleine Entladung in der SE-Elektronenkanone auftritt,
6 ein schematisches Diagramm eines Mechanismus zum Verhindern der sehr kleinen Entladung in der SE-Elektronenkanone gemäß der ersten Ausführungsform,
7 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration um eine SE-Elektronenkanone gemäß einer zweiten Ausführungsform,
8 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration um eine SE-Elektronenkanone gemäß einer dritten Ausführungsform,
9 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration um eine SE-Elektronenkanone gemäß einer vierten Ausführungsform,
10 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration um eine SE-Elektronenkanone gemäß einer fünften Ausführungsform,
11 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration um eine SE-Elektronenkanone gemäß einer sechsten Ausführungsform,
12 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration um eine SE-Elektronenkanone gemäß einer siebten Ausführungsform,
13 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration um eine SE-Elektronenkanone gemäß einer achten Ausführungsform und
14 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration um eine SE-Elektronenkanone gemäß einer neunten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen einer Elektronenquelle und einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung gemäß der Erfindung nacheinander mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Ein Beispiel der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung weist ein Elektronenmikroskop auf, das ein Beobachtungsbild einer Probe durch Emittieren eines Elektronenstrahls zur Probe und Erfassen von der Probe emittierter Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen erzeugt. Nachstehend wird ein Rasterelektronenmikroskop als Beispiel der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung beschrieben, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann auch auf andere mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtungen angewendet werden.
[Erste Ausführungsform]
Eine erste Ausführungsform ist ein Rasterelektronenmikroskop mit einer Elektronenkanone, die eine Spitze, einen Unterdrücker, der hinter dem distalen Ende der Spitze angeordnet ist, eine Extraktionselektrode, die eine Bodenfläche und einen zylindrischen Abschnitt aufweist und die Spitze und den Unterdrücker einschließt, einen Isolator, der den Unterdrücker und die Extraktionselektrode hält, und ein leitfähiges Metall, das zwischen dem Unterdrücker und dem zylindrischen Abschnitt der Extraktionselektrode bereitgestellt ist, aufweist, wobei eine Spannung, die niedriger ist als die Spannung der Spitze, an das leitende Metall angelegt ist.
Eine Gesamtkonfiguration des Rasterelektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 1 beschrieben. Das Rasterelektronenmikroskop erzeugt ein Beobachtungsbild einer Probe durch Emittieren eines Elektronenstrahls 115 zur Probe 112 und durch Erfassen von der Probe emittierter Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen. Das Beobachtungsbild wird durch Abtasten der Probe mit einem fokussierten Elektronenstrahl und Assoziieren der Position, an der der Elektronenstrahl emittiert wird, mit dem Betrag der erfassten Sekundärelektronen oder dergleichen erzeugt.
Das Rasterelektronenmikroskop weist einen zylindrischen Körper 125 und eine Probenkammer 113 auf, und das Innere des zylindrischen Körpers 125 ist von oben betrachtet in eine erste Vakuumkammer 119, eine zweite Vakuumkammer 126, eine dritte Vakuumkammer 127 und eine vierte Vakuumkammer 128 unterteilt. Eine Öffnung, durch die der Elektronenstrahl 115 hindurchtritt, ist im Zentrum jeder Vakuumkammer definiert, und das Innere jeder Vakuumkammer wird durch differenzielles Pumpen in einem Vakuumzustand gehalten. Nachstehend werden die jeweiligen Vakuumkammern beschrieben.
Die erste Vakuumkammer 119 wird durch eine Ionenpumpe 120 und eine Nicht-verdampfbarer-Getter(NEG)-Pumpe 118 evakuiert, und der Druck wird auf ein Ultrahochvakuum von etwa 10^-8 Pa, bevorzugter ein äußerst hohes Vakuum von 10^-9 Pa oder darunter gesetzt. Insbesondere weist die NEG-Pumpe 118 eine hohe Pumpgeschwindigkeit bei 10^-9 Pa oder darunter im äußerst hohen Vakuum auf.
Eine SE-Elektronenkanone 101 befindet sich innerhalb der ersten Vakuumkammer 119. Die SE-Elektronenkanone 101 wird durch einen Isolator 116 gehalten und ist elektrisch vom zylindrischen Körper 125 isoliert. Eine Steuerelektrode 102 befindet sich unterhalb der SE-Elektronenkanone 101. Das Beobachtungsbild wird durch Emittieren des Elektronenstrahls 115 von der SE-Elektronenkanone 101 und schließlich durch Emittieren des Elektronenstrahls 115 zur Probe 112 erhalten. Eine Konfiguration der SE-Elektronenkanone 101 wird später detailliert beschrieben.
Die zweite Vakuumkammer 126 wird durch eine Ionenpumpe 121 evakuiert. Eine Beschleunigungselektrode 103 befindet sich in der zweiten Vakuumkammer 126. Die dritte Vakuumkammer 127 wird durch eine Ionenpumpe 122 evakuiert. Eine Sammellinse 110 befindet sich in der dritten Vakuumkammer 127.
Die vierte Vakuumkammer 128 und die Probenkammer 113 werden durch eine Turbomolekularpumpe 109 evakuiert. Ein Detektor 114 befindet sich in der vierten Vakuumkammer 128. Eine Objektivlinse 111 und die Probe 112 befinden sich in der Probenkammer 113.
Nachstehend werden der Betrieb der jeweiligen Konfigurationen und der Ablauf, bis der von der SE-Elektronenkanone 101 emittierte Elektronenstrahl 115 das Beobachtungsbild erzeugt, beschrieben.
Eine Steuerspannung wird an die Steuerelektrode 102 angelegt, um zwischen der SE-Elektronenkanone 101 und der Steuerelektrode 102 eine elektrostatische Linse zu bilden. Der Elektronenstrahl 115 wird durch die elektrostatische Linse fokussiert und auf eine gewünschte optische Vergrößerung eingestellt.
Eine Beschleunigungsspannung von etwa 0,5 kV bis 60 kV wird in Bezug auf die SE-Elektronenkanone 101 an die Beschleunigungselektrode 103 angelegt, um den Elektronenstrahl 115 zu beschleunigen. Je niedriger die Beschleunigungsspannung ist, desto geringer wird die Probe beschädigt, und je höher die Beschleunigungsspannung ist, desto besser ist die räumliche Auflösung. Die Sammellinse 110 fokussiert den Elektronenstrahl 115 und stellt den Strom und den Blendenwinkel ein. Es können mehrere Sammellinsen bereitgestellt werden, und sie können sich in anderen Vakuumkammern befinden.
Schließlich wird der Elektronenstrahl 115 durch die Objektivlinse 111 auf einen sehr kleinen Fleck verkleinert und wird die Probe 112 mit dem Elektronenstrahl 115 bestrahlt, während sie abgetastet wird. Gleichzeitig werden von der Probe Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen und Röntgenstrahlen, welche die Oberflächenform und das Oberflächenmaterial widerspiegeln, emittiert. Die Sekundärelektronen, die Rückstreuelektronen und die Röntgenstrahlen werden vom Detektor 114 erfasst, um das Beobachtungsbild der Probe zu erhalten. Es können mehrere Detektoren bereitgestellt werden, und die Detektoren können in der Probenkammer 113 und den anderen Vakuumkammern angeordnet werden.
Eine Konfiguration um eine SE-Elektronenkanone 201 aus dem Stand der Technik wird mit Bezug auf 2 beschrieben. Die SE-Elektronenkanone 201 aus dem Stand der Technik weist hauptsächlich eine SE-Spitze 202, einen Unterdrücker 203 und eine Extraktionselektrode 204 auf.
Die SE-Spitze 202 ist ein Einkristall mit einer Wolfram<100>-Orientierung, und ihr distales Ende ist angeschärft und weist einen Krümmungsradius von weniger als 0,5 µm auf. Zirkonoxid 205 ist auf die Mitte des Einkristalls aufgebracht. Die SE-Spitze 202 ist an einen Faden 206 geschweißt. Beide Enden des Fadens 206 sind mit einem entsprechenden Anschluss 207 verbunden. Die beiden Anschlüsse 207 werden durch einen Isolator 208 gehalten und elektrisch voneinander isoliert. Die beiden Anschlüsse 207 erstrecken sich koaxial zur SE-Spitze 202 und sind über eine Durchführung (nicht dargestellt) mit einer Stromquelle verbunden. Die SE-Spitze 202 wird durch konstantes Hindurchführen eines Stroms durch die Anschlüsse 207 und Anregen und Erwärmen des Fadens 206 von 1500 K auf 1900 K erwärmt. Bei dieser Temperatur diffundiert das Zirkonoxid 205 und bewegt sich auf eine Fläche der SE-Spitze 202 und bedeckt sie bis zu einer (100)-Kristallebene im Zentrum des distalen Endes der Elektronenquelle. Die (100)-Ebene ist durch eine verringerte Austrittsarbeit gekennzeichnet, wenn sie mit Zirkonoxid bedeckt ist. Daher werden thermische Elektronen von der erwärmten (100)-Ebene emittiert und wird der Elektronenstrahl 115 erhalten. Der Gesamtbetrag der emittierten Elektronenstrahlen wird als Emissionsstrom bezeichnet und beträgt typischerweise etwa 50 µA.
Der Unterdrücker 203 ist ein zylindrisches Metall und bedeckt einen vom distalen Ende der SE-Spitze 202 verschiedenen Abschnitt. Der Zylinder des Unterdrückers 203 erstreckt sich in axialer Richtung parallel zur SE-Spitze 202 und wird in den Isolator 208 eingepasst gehalten. Der Unterdrücker 203 und die Anschlüsse 207 sind durch den Isolator 208 elektrisch voneinander isoliert. Der Unterdrücker 203 legt eine Unterdrückerspannung von -0,1 kV bis -0,9 kV an die SE-Spitze 202 an. Die SE-Spitze 202 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie die thermischen Elektronen von einer Seitenfläche emittiert. Indem eine solche negative Spannung an den Unterdrücker 203 angelegt wird, wird jedoch verhindert, dass unnötige thermische Elektronen von der Seitenfläche emittiert werden.
Das distale Ende der SE-Spitze 202 steht typischerweise um etwa 0,25 mm vom Unterdrücker 203 vor. Indem eine genaue Positionierung auf 1 mm oder weniger ausgeführt wird und nur um einen geringen Abstand vorgeschoben wird, trägt auf diese Weise nur das distale Ende der SE-Spitze 202 zur Emission des Elektronenstrahls bei und wird der Anteil unnötiger von der Seitenfläche emittierter Elektronen möglichst weitgehend verringert. Ferner ergibt sich bei einem Vorstand von etwa 0,25 mm der Vorteil, dass ein ausreichendes elektrisches Feld durch eine später beschriebene Konfiguration einer Extraktionsspannung an das distale Ende der Elektronenquelle angelegt werden kann.
Die Extraktionselektrode 204 ist ein schalenförmiger Metallzylinder, in dem eine Bodenfläche und ein Zylinder integral ausgebildet sind, wobei die Bodenfläche der Extraktionselektrode 204 der SE-Spitze 202 gegenübersteht. Die Extraktionselektrode 204 wird in einen Isolator 210 eingepasst gehalten und ist elektrisch vom Unterdrücker 203 isoliert. Die Extraktionselektrode 204 legt eine Extraktionsspannung von etwa +2 kV an die SE-Spitze 202 an. Weil das distale Ende der SE-Spitze 202 angeschärft ist, konzentriert sich ein starkes elektrisches Feld am distalen Ende. Wenn das angelegte elektrische Feld zunimmt, nimmt die effektive Austrittsarbeit der Oberfläche infolge eines Schottky-Effekts ab und können mehr Elektronenstrahlen emittiert werden.
Der Abstand zwischen der SE-Spitze 202 und der Bodenfläche der Extraktionselektrode 204 beträgt typischerweise etwa 0,5 mm. Indem sie in einem so kurzen Abstand angeordnet werden, kann ein ausreichend starkes elektrisches Feld selbst bei einer niedrigen Extraktionsspannung an das distale Ende der Elektronenquelle angelegt werden. An der Bodenfläche der Extraktionselektrode 204 ist eine Blende 209 bereitgestellt, und Elektronen, die durch die Blende 209 hindurchgetreten sind, werden schließlich zur Erzeugung des Bilds verwendet. Eine dünne Molybdänplatte wird für die Blende 209 verwendet, und der Durchmesser der Öffnung der Blende 209 beträgt typischerweise etwa 0,1 mm bis 0,5 mm. Indem die Öffnung klein gemacht wird, wird verhindert, dass unnötige Elektronen durch die Blende hindurchtreten, so dass verhindert wird, dass das Beobachtungsbild verschlechtert wird.
Die SE-Spitze 202 wird unter Verwendung einer sehr präzisen Aufspannvorrichtung auf der Mittelachse des Isolators 208 angeordnet und geschweißt. Der Außenumfang des Isolators 208 und der Innenumfang des Unterdrückers 203, der Außenumfang des Unterdrückers 203 und der Innenumfang des Isolators 210 sowie der Außenumfang des Isolators 210 und der Innenumfang der Extraktionselektrode 204 werden durch Einpassen in der Größenordnung von 10 µm montiert. Daher weisen die SE-Spitze 202, der Unterdrücker 203 und die Extraktionselektrode 204 einen sehr genauen koaxialen Aufbau auf und können die Elektroden genau positioniert werden.
Weil die SE-Spitze 202 und der Unterdrücker 203 einen koaxialen Aufbau aufweisen, ist die durch den Unterdrücker 203 in der Nähe der SE-Spitze 202 erzeugte Potentialverteilung gleichmäßig. Daher können die von der Seitenfläche der SE-Spitze 202 emittierten unnötigen Elektronen in allen Richtungen gleichmäßig verringert werden. Zusätzlich werden von der SE-Spitze 202 emittierte Elektronen nicht durch ein ungleichmäßiges Potential in einem Raum gebogen, so dass der Elektronenstrahl auf einer Achse emittiert werden kann.
Weil die SE-Spitze 202 und die Extraktionselektrode 204 koaxial aufgebaut sind, kann auch die Blende 209 koaxial angeordnet werden. Daher besteht keine Möglichkeit, dass der Elektronenstrahl infolge eines Versatzes der Blende 209, wodurch der Durchgang emittierter Elektronen verhindert wird, nicht erhalten werden kann. Ferner ist die Verteilung des an das distale Ende der SE-Spitze 202 angelegten elektrischen Felds infolge der Blende 209 gleichmäßig und kann der Elektronenstrahl auf der Achse emittiert werden.
Auf diese Weise muss die SE-Elektronenkanone mit hoher Genauigkeit mit einer kleinen Abmessung von 1 mm oder weniger montiert werden, um den Elektronenstrahl wirksam vom distalen Ende der Elektronenquelle zu emittieren, von der Seitenfläche der Elektronenquelle emittierte unnötige Elektronen zu verringern und eine gleichmäßige Potentialverteilung im Raum der Elektronenkanone zu implementieren. Daher ist die SE-Elektronenkanone dadurch gekennzeichnet, dass sie einen sehr schmalen Raum aufweist und darin eine Spannungsdifferenz in der Größenordnung von kV aufrechterhalten wird.
Eine Konfiguration um die SE-Elektronenkanone 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und eine Konfiguration ihrer Elektronenquelle werden mit Bezug auf die 3A und 3B beschrieben. Die Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die Elektronenquelle auf, welche die SE-Spitze 202, den Faden 206, den Isolator 208 und einen zusätzlichen Unterdrücker 303 mit einer aus einem leitfähigen Metall gebildeten Abschirmungselektrode 301 aufweist, und sie ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Isolator 310 mit einer Stufe verwendet wird und ein Zwischenraum 311 zwischen einer unteren Fläche des Isolators 310 und einer Innenumfangsfläche des Zylinders der Extraktionselektrode 204 definiert ist. Die Elektronenquelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die SE-Spitze 202, den hinter dem distalen Ende der Spitze angeordneten Unterdrücker 303, einen Isolator 208, der die elektrisch mit der Spitze verbundenen Anschlüsse 207 und den Unterdrücker hält, und die an der Seitenfläche des Unterdrückers angeordnete Abschirmungselektrode 301 auf. Die Abschirmungselektrode 301 besteht aus einem leitfähigen Metall, an das eine Spannung angelegt ist, die niedriger ist als die an die Spitze angelegte Spannung. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen die gleichen Komponenten, die vorstehend beschrieben wurden, und es wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Wie in 3A dargestellt ist, ist eine Stufe auf der Unterseite des Isolators 310 bereitgestellt, wobei aus Gründen der Zweckmäßigkeit eine darunterliegende Fläche (in Bewegungsrichtung des Elektronenstrahls 115) als untere Fläche 312 bezeichnet wird und eine darüberliegende Fläche als obere Fläche 313 bezeichnet wird. Die untere Fläche 312 befindet sich auf der Seite der Abschirmungselektrode 301, und die obere Fläche 313 befindet sich auf der Seite der Extraktionselektrode 204. Dementsprechend ist der Zwischenraum 311 zwischen der unteren Fläche 312 des Isolators 310 und der Innenumfangsfläche der Extraktionselektrode 204 definiert.
Wie in den 3A und 3B dargestellt ist, ist die integral aus dem leitfähigen Metall gebildete Abschirmungselektrode 301 auf der Seitenfläche des Unterdrückers 303 bereitgestellt. Der zylindrische Abschnitt auf der Seitenfläche des Unterdrückers 303 erstreckt sich in Achsenrichtung der SE-Spitze 202 und wird durch Einpassen durch den Isolator 310 gehalten. Die Abschirmungselektrode 301 ist auf der Seitenfläche des zylindrischen Abschnitts des Unterdrückers 303 bereitgestellt und steht lateral vor. Mit anderen Worten ist die Abschirmungselektrode 301 so aufgebaut, dass sie sich senkrecht zur Achsenrichtung der SE-Spitze 202 erstreckt. Mit anderen Worten befindet sich die Abschirmungselektrode 301 zwischen dem Unterdrücker 303 und dem zylindrischen Abschnitt der Extraktionselektrode 204. Die Spannungsdifferenz zwischen der Abschirmungselektrode 301 und der Extraktionselektrode 204 wird durch das Vakuum zwischen der Abschirmungselektrode 301 und der Extraktionselektrode 204 aufrechterhalten, und sie sind dadurch elektrisch isoliert.
Die Abschirmungselektrode 301 weist ferner einen zylindrischen Abschnitt 302 auf, der sich zur Seite des Isolators 310 erstreckt. Das obere Ende des zylindrischen Abschnitts 302 erstreckt sich zum Zwischenraum 311. Der zylindrische Abschnitt 302 der Abschirmungselektrode 301 weist die gleiche Achse wie der Zylinder der Extraktionselektrode 204 auf und erstreckt sich parallel dazu. Weil sich der Zylinder der Extraktionselektrode 204 in Achsenrichtung der SE-Spitze 202 erstreckt, erstreckt sich auch der zylindrische Abschnitt 302 in Achsenrichtung der SE-Spitze 202. Daher ist die untere Fläche 312 des Isolators 310 mit der Abschirmungselektrode 301 und dem zylindrischen Abschnitt 302 bedeckt und wird nicht durch die Extraktionselektrode 204 beeinflusst. Die Abschirmungselektrode 301, welche den zylindrischen Abschnitt 302 aufweist, steht nicht in Kontakt mit dem Isolator 310, wodurch verhindert wird, dass sich ein nicht erforderliches elektrisches Feld an der Oberfläche der Abschirmungselektrode 301 konzentriert. Auf die Außenumfangs-Seitenfläche der Abschirmungselektrode 301 wirkt die Differenz zwischen der Unterdrückerspannung und der Extraktionsspannung ein. Daher ist die Seitenfläche der Abschirmungselektrode gekrümmt oder flach ausgebildet, um zu verhindern, dass ein nicht erforderliches elektrisches Feld konzentriert wird. Eine Funktion zum Verhindern einer sehr kleinen Entladung durch die vorliegende Konfiguration wird später beschrieben. Der Isolator 208 und der Isolator 310 können aus anderen elektrisch isolierenden Materialien in der Art von Glas bestehen. Bei der SE-Elektronenkanone 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Krümmungsradius des distalen Endes der SE-Spitze 202 wenigstens 0,5 µm, bevorzugter wenigstens 1,0 µm. Wenn ein hoher Strom emittiert wird, wirkt eine Coulomb-Wechselwirkung zwischen Elektronen, und wenn ein hoher Strom bei einem Krümmungsradius emittiert wird, nimmt im Stand der Technik die Helligkeit des Elektronenstrahls ab. Indem der Krümmungsradius des distalen Endes der SE-Elektronenquelle vergrößert wird, vergrößert sich die Emissionsfläche des Elektronenstrahls und verkleinert sich die Stromdichte an der Oberfläche. Daher wird der Einfluss der Coulomb-Wechselwirkung abgeschwächt und wird eine Verringerung der Helligkeit bei einem hohen Strom verhindert.
Wenn ein Krümmungsradius von 0,5 µm des distalen Endes verwendet wird, wird der Emissionsstrom auf 300 µA oder darüber gelegt, so dass bei diesem Krümmungsradius eine höhere Helligkeit erreicht werden kann als im Stand der Technik. Um diesen Emissionsstrom zu erhalten, wird die Extraktionsspannnung typischerweise auf wenigstens 3 kV gesetzt. Wenn ein Krümmungsradius von 1 µm des distalen Endes verwendet wird, wird der Emissionsstrom auf 600 µA oder darüber gelegt, so dass eine höhere Helligkeit als im Stand der Technik erhalten werden kann. Um diesen Emissionsstrom zu erhalten, wird die Extraktionsspannnung typischerweise auf 5 kV oder darüber gelegt.
Wenn Elektronen an einem Metallmaterial in der Art der Extraktionselektrode 204 oder der Blende 209 emittiert werden, wird Elektronenstoß-Desorptionsgas emittiert. Die emittierte Menge des Elektronenstoß-Desorptionsgases steigt proportional zur Stärke des emittierten Stroms und zur angelegten Extraktionsspannung an. Wenn daher ein Emissionsstrom von 300 µA oder 500 µA oder größer, wobei es sich um einen hohen Strom handelt, bei einer hohen Extraktionsspannung von der SE-Spitze 202 emittiert wird, wird eine um eine oder mehrere Größenordnungen höhere Menge des Elektronenstoß-Desorptionsgases als im Stand der Technik erzeugt und verschlechtert sich der Druck der in 1 dargestellten Vakuumkammer 119. Wenn der Druck in der Größenordnung von 10^-7 Pa liegt, wird die Oberfläche der SE-Spitze 202 beschädigt, kollabiert die Form der SE-Spitze 202 und kann die Stabilität des Stroms beeinträchtigt werden. Beim Elektronenmikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Vakuumkammer 119 jedoch durch die NEG-Pumpe 118 und die Ionenpumpe 120 mit einer hohen Pumpgeschwindigkeit evakuiert. Daher wird die Verschlechterung des Drucks selbst bei einer Emission eines hohen Stroms verringert und kann der Druck in der Vakuumkammer 119 bei 10^-8 Pa oder darunter gehalten werden. Daher ergibt sich, dass die Oberfläche der SE-Spitze 202 nicht beschädigt wird und dass selbst bei dem hohen Strom ein stabiler Elektronenstrahl erhalten werden kann.
Nachstehend wird ein Arbeitsvorgang der SE-Elektronenkanone 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zur Verhinderung einer sehr kleinen Entladung mit Bezug auf die 4 bis 6 beschrieben.
Mit Bezug auf 4 wird eine Stromänderung des Elektronenstrahls beim Auftreten einer sehr kleinen Entladung beschrieben. Die sehr kleine Entladung tritt momentan auf und endet nach einer kurzen Zeit von höchstens 1 Sekunde, wie anhand der Figur klar ist. Zu dieser Zeit nimmt die Stromstärke des Elektronenstrahls sofort ab und kehrt dann auf den ursprünglichen Wert zurück. Der Druck in der ersten Vakuumkammer kann gleichzeitig mit der sehr kleinen Entladung momentan ansteigen, und der Druck in der ersten Vakuumkammer kehrt auch innerhalb einiger Sekunden auf einen ursprünglichen Wert zurück.
Die Entladung, die ein Problem in der Elektronenkanone darstellt, wird typischerweise als Überschlag oder Durchbruch bezeichnet. Sobald die Entladung auftritt, bewirkt sie ein Schmelzen der Elektronenquelle, einen Durchbruch einer Hochspannungsversorgung, einen dielektrischen Durchbruch des Isolators und dergleichen, und es tritt dabei eine starke Entladung auf, nach der der Elektronenstrahl nicht mehr erhalten werden kann, es sei denn, dass die Elektronenquelle, die Stromversorgung und der Isolator ausgetauscht werden. Andererseits ist die sehr kleine Entladung dadurch gekennzeichnet, dass der Strom vorübergehend abnimmt und danach kontinuierlich ein Elektronenstrahl erhalten wird, wobei es sich um eine verhältnismäßig milde Entladung handelt. Die Entladung im Stand der Technik tritt beispielsweise auf, wenn eine hohe Extraktionsspannung von etwa +10 kV an die Extraktionselektrode angelegt wird. Andererseits tritt die sehr kleine Entladung selbst dann nicht auf, wenn eine ähnlich hohe Extraktionsspannung angelegt wird, sondern sie tritt nur dann auf, wenn eine Elektronenstrahlemission mit einem hohen Strom erfolgt, während gleichzeitig die Extraktionsspannung anliegt, wobei die Häufigkeit des Auftretens mit ansteigendem Strom zunimmt. Ferner nimmt, wenn der Strom ansteigt, die Schwelle der Extraktionsspannung, bei der die sehr kleine Entladung auftritt, ab. Die sehr kleine Entladung hat einen anderen Erzeugungsmechanismus als die Entladung aus dem Stand der Technik und stellt ein anderes Phänomen dar. Nachstehend wird zur Unterscheidung der Entladung von der sehr kleinen Entladung die Entladung, die im Stand der Technik als Problem angesehen wurde, als starke Entladung bezeichnet.
Mit Bezug auf 5 wird ein Mechanismus beschrieben, bei dem die sehr kleine Entladung in der in 2 dargestellten SE-Elektronenkanone 201 aus dem Stand der Technik auftritt. Weil die Elektronenkanone achsensymmetrisch aufgebaut ist, ist nur eine Seitenfläche dargestellt. Ferner ist eine Potentialverteilung 510 in einem durch die an die Spitze 202, den Unterdrücker 203 und die Extraktionselektrode 204 angelegten Spannungen definierten Raum schematisch durch unterbrochene Linien dargestellt.
Das distale Ende der SE-Spitze 202 steht gegenüber dem Unterdrücker 203 vor, und ein Seitenstrahl 501 wird von einer sich auf der Seitenfläche der SE-Spitze 202 befindenden äquivalenten (100)-Kristallebene emittiert. Der Seitenstrahl 501 wird in schräger Richtung emittiert und kollidiert mit der Extraktionselektrode 204. Ferner kollidiert auch ein Teil des von der (100)-Ebene in der Mitte des distalen Endes der Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahls 115 mit der Blende 209. Die Stärke des mit der Extraktionselektrode 204 oder der Blende 209 kollidierenden Stroms beträgt wenigstens 90 % des Emissionsstroms. Die SE-Elektronenkanone ist dadurch gekennzeichnet, dass der größte Teil des von der Elektronenquelle emittierten Stroms in einen schmalen Raum in der Kanone emittiert wird.
Wenn die Elektronen mit Metallmaterial in der Art der Extraktionselektrode 204 und der Blende 209 kollidieren, wird ein Teil von ihnen als Rückstreuelektronen zur Vakuumseite emittiert. Der Emissionswinkel der Rückstreuelektronen weist eine Spreizung auf, und seine Verteilung beruht im Allgemeinen auf dem Kosinusgesetz mit einer spekulären Reflexionskomponente als Peak. Ferner hat auch die Energie der Rückstreuelektronen eine Verteilung mit Elektronen, bei denen die Energie bei der Emission durch elastische Streuung bewahrt bleibt, und Elektronen, bei denen die Energie durch inelastische Streuung verloren geht. Daher haben die Rückstreuelektronen jeweils eine andere Bahn. Hier wird als typisches Beispiel eine Bahnskizze unter Verwendung der Rückstreuelektronen 502 beschrieben.
Die von der Extraktionselektrode 204 emittierten Rückstreuelektronen 502 bewegen sich in Richtung des Unterdrückers 203, ihre Energie gleicht jedoch maximal der Extraktionsspannung, und sie können den Unterdrücker 203 nicht erreichen. Daher werden die Rückstreuelektronen 502 durch eine in vertikaler Richtung der Potentialverteilung wirkende abstoßende Kraft zurückgedrückt und kollidieren wieder mit der Extraktionselektrode 502. Ein Teil der Rückstreuelektronen 502 wird als Rückstreuelektronen 503 emittiert und kollidiert mit einer Zylinderinnenfläche der Extraktionselektrode 204. Ein Teil der Rückstreuelektronen 503 wird wieder als Rückstreuelektronen 504 emittiert und zur Potentialverteilung des Unterdrückers 203 zurückgedrückt und kollidiert wieder mit der Extraktionselektrode 204. Ein Teil der Rückstreuelektronen 504 wird zu Rückstreuelektronen 505 und kollidiert schließlich mit dem Isolator 210.
Die Sekundärelektronen-Emissionsrate des Isolators 210 ist größer als 1, und wenn ein Elektron mit dem Isolator 210 kollidiert, wird mehr als ein Sekundärelektron emittiert. Die Energie der emittierten Sekundärelektronen 506 beträgt lediglich einige Volt, und sie erreichen durch die abstoßende Kraft der Potentialverteilung die Extraktionselektrode 204 und werden von dieser absorbiert. Dadurch nimmt die Anzahl der Elektronen an der Oberfläche 507 des Isolators 210, womit die Rückstreuelektronen 505 kollidieren, ab und wird die Oberfläche 507 positiv geladen.
Eine Potentialdifferenz, die größer ist als jene vor der Aufladung, wird durch einen Kriechweg zwischen einem Kontaktpunkt 511 zwischen dem Unterdrücker 203 und dem Isolator 210 und der positiv geladenen Fläche 507 gebildet, und das an den Kontaktpunkt 510 angelegte elektrische Feld wird mit abnehmendem Abstand zwischen dem Kontaktpunkt 511 und der Fläche 507 stärker. Dadurch tritt am Kontaktpunkt 511 eine elektrische Feldemission auf, und es wird eine hohe Anzahl von Elektronen emittiert. Während die abstoßende Kraft der Potentialverteilung empfangen wird, bewegen sich die Elektronen auf dem Kriechweg oder einem Raum des Isolators 210 und erreichen die Extraktionselektrode 204. Die sehr kleine Entladung wird durch Stromübertragung zwischen den Elektroden erzeugt, und die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden ändert sich, so dass der Strom des Elektronenstrahls schwankt.
Zusammenfassend sei bemerkt, dass dem schmalen Raum in der Kanone eine große Anzahl von Elektronen zugeführt wird, wenn von der SE-Elektronenkanone ein hoher Strom emittiert wird. Diese Elektronen werden durch die zwischen dem Unterdrücker 203 und der Extraktionselektrode 204 gebildete Potentialverteilung zur Extraktionselektrode zurückgedrückt, und die Rückstreuelektronen werden wiederholt erzeugt. Die Rückstreuelektronen erreichen schließlich den Isolator 210, und die Oberfläche des Isolators 210 wird lokal positiv aufgeladen. Wenn die Spannungsdifferenz zwischen der positiv geladenen Fläche 507 und dem Unterdrücker 203 ansteigt und eine Konzentration des elektrischen Felds auftritt, tritt eine sehr kleine Entladung auf.
Ein Mechanismus, durch den die SE-Elektronenkanone 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die sehr kleine Entladung verhindert, wird mit Bezug auf 6 beschrieben. Ähnlich der SE-Elektronenkanone aus dem Stand der Technik kollidiert bei der SE-Elektronenkanone 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der von der SE-Spitze 202 emittierte Seitenstrahl 501 mit der Extraktionselektrode 204, so dass die Rückstreuelektronen 502 emittiert werden. Die Rückstreuelektronen 502 werden durch die abstoßende Kraft infolge der zwischen dem Unterdrücker 303 und der Extraktionselektrode 204 erzeugten Potentialverteilung zurückgedrückt und kollidieren wieder mit der Extraktionselektrode 204. Danach werden die Rückstreuelektronen 502 wieder von der Extraktionselektrode emittiert und kollidieren wieder.
Weil bei der SE-Elektronenkanone 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Abschirmungselektrode 301 im Unterdrücker 303 bereitgestellt ist, wird eine durch die Unterdrückerspannung erzeugte negative Potentialverteilung verbreitert, so dass es weniger wahrscheinlich wird, dass die Rückstreuelektronen den Isolator 310 erreichen. Insbesondere können die Rückstreuelektronen nicht mit der unteren Fläche 312 des Isolators 310 kollidieren, weil sie von der Abschirmungselektrode 301 und seinem zylindrischen Abschnitt 302 umgeben ist. Die Rückstreuelektronen kollidieren schließlich häufiger mit der oberen Fläche 313 des Isolators 310 als im Stand der Technik und laden dann die Fläche 517 des Isolators 310 positiv auf. Der Isolator 310 weist auf seiner Unterseite eine Stufe auf, und die obere Fläche 313 und die untere Fläche 312 des Isolators sind voneinander getrennt. Daher ist die Kriechstrecke zwischen dem Kontaktpunkt 511 zwischen dem Isolator 310 und dem Unterdrücker 303 und der positiv aufgeladenen Fläche 517 lang genug und wird kein hohes elektrisches Feld an den Kontaktpunkt 511 angelegt. Daher tritt keine elektrische Feldemission auf und wird die sehr kleine Entladung verhindert.
Eine andere Wirkung der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass ein schmaler Pfad 601 zwischen dem zylindrischen Abschnitt 302 und der Innenumfangsfläche der Extraktionselektrode 204 definiert werden kann, indem bewirkt wird, dass der zylindrische Abschnitt 302 der Abschirmungselektrode 301 die gleiche Achse aufweist wie der Zylinder der Extraktionselektrode 204 und dass sich der zylindrische Abschnitt 302 über eine bestimmte Strecke parallel zur Extraktionselektrode 204 erstreckt. Im schmalen Pfad 601 wird die Potentialverteilung schmal und wird die Flugstrecke der Rückstreuelektronen kurz, so dass eine hohe Anzahl von Rekollisionen auftritt. Jedes Mal dann, wenn eine Kollision auftritt, nimmt die Anzahl der Rückstreuelektronen um einige zehn Prozent ab. Wenn die Anzahl der Rekollisionen zunimmt, nimmt die absolute Anzahl der den Isolator 310 erreichenden Rückstreuelektronen zu und damit das Ausmaß der Aufladung ab, so dass die sehr kleine Entladung verhindert wird.
Eine andere Wirkung besteht darin, dass die Potentialverteilung innerhalb der Abschirmungselektrode 301 gleichmäßig ist und das elektrische Feld klein ist, weil der Kontaktpunkt 511 von der Abschirmungselektrode 301 umgeben ist. Auch wenn die Elektronen vom Kontaktpunkt 511 emittiert werden, ist beispielsweise die auf die Elektronen ausgeübte Kraft gering und ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Elektronen die Extraktionselektrode 204 erreichen, gering, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die sehr kleine Entladung auftritt.
Eine andere Wirkung besteht darin, dass selbst dann, wenn die Kriechstrecke der Unterseite des Isolators 310 vergrößert wird, die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Elektronen auf der Kriechstrecke bewegen und die Extraktionselektrode 204 erreichen, verringert ist und die sehr kleine Entladung verringert wird. Zusätzlich ist es weniger wahrscheinlich, dass die starke Entladung in Zusammenhang mit der Verlängerung der Kriechstrecke auftritt. Bei der SE-Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine SE-Spitze 202 mit einem Krümmungsradius von 0,5 µm oder 1,0 µm oder mehr des distalen Endes verwendet und wird eine Extraktionsspannung von 3 kV oder 5 kV oder mehr an die Extraktionselektrode 204 angelegt. Ferner nimmt die Extraktionsspannung auf 10 kV oder mehr zu, wenn eine SE-Elektronenquelle mit einer höheren Krümmung des distalen Endes verwendet wird. Selbst in diesem Fall wird durch die Verlängerung der Kriechstrecke des Isolators 310 das elektrische Feld in Kriechrichtung verringert und wird auch das Risiko einer starken Entladung verringert.
Eine andere Wirkung besteht darin, dass ein einfacher Aufbau aufrechterhalten werden kann, ohne die Anzahl der Komponenten zu vergrößern, weil der Unterdrücker 303 und die Abschirmungselektrode 301 integral ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil einer Kostenverringerung. Ferner können ähnlich wie bei der SE-Elektronenkanone aus dem Stand der Technik der Isolator 208, der Unterdrücker 303, der Isolator 310 und die Extraktionselektrode 204 durch Zusammenpassen montiert werden und können die koaxiale Anordnung und die Elektrode mit hoher Genauigkeit positioniert werden. Dadurch können bei der Elektronenkanone 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch eine effiziente Elektronenstrahlemission von der Elektronenquelle, eine Verringerung der Emission unnötiger Elektronen von der Seitenfläche der Elektronenquelle und eine gleichmäßige Potentialverteilung im Raum der Elektronenkanone implementiert werden.
Ionen werden durch Elektronenstoßdesorption vom mit dem Elektronenstrahl bestrahlten Metall erzeugt. Auch durch die Kollision mit den Ionen wird der Isolator 210 positiv aufgeladen, und die sehr kleine Entladung kann durch den gleichen Mechanismus auftreten. Bei der SE-Elektronenkanone 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die durch die Ionen hervorgerufene sehr kleine Entladung jedoch verhindert werden.
[Zweite Ausführungsform]
Die erste Ausführungsform offenbart, dass die integral mit dem Unterdrücker 303 ausgebildete Abschirmungselektrode 301 und der mit einer Stufe versehene Isolator 310 verwendet werden und dass die Position, an der die Rückstreuelektronen mit der Oberfläche des Isolators 310 kollidieren, vom Unterdrücker 303 getrennt ist, wodurch eine sehr kleine Entladung verhindert wird. Eine zweite Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration einer SE-Elektronenkanone, bei der ein Unterdrücker und eine Abschirmungselektrode unterschiedlich aufgebaut sind. Abgesehen von der Abschirmungselektrode gleicht die Konfiguration jener gemäß der ersten Ausführungsform, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Die SE-Elektronenkanone gemäß der zweiten Ausführungsform wird mit Bezug auf 7 beschrieben. Eine Abschirmungselektrode 701 ist anders aufgebaut als der Unterdrücker 203 und besteht aus einem leitfähigen Metall. Eine Innenumfangsfläche der Abschirmungselektrode 701 und eine Außenumfangsfläche des Unterdrückers 203 werden durch Einpassen montiert und gehalten. Ferner werden eine Außenumfangsfläche der Abschirmungselektrode 701 und eine Innenumfangsfläche des Isolators 310 durch Einpassen montiert. Dadurch weisen die Spitze 202, der Unterdrücker 203, die Abschirmungselektrode 701 und die Extraktionselektrode 204 einen koaxialen Aufbau auf und können genau positioniert werden. Wenn die Abschirmungselektrode 701 und der Unterdrücker 203 in Kontakt miteinander gelangen, weisen die Abschirmungselektrode 701 und der Unterdrücker 203 das gleiche Potential auf und wird eine Unterdrückerspannung angelegt.
Bei der SE-Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform erreicht ähnlich wie bei der SE-Elektronenkanone 101 gemäß der ersten Ausführungsform eine Endfläche eines zylindrischen Abschnitts 722 der Abschirmungselektrode 701 den im Isolator 310 mit einer Stufe bereitgestellten Zwischenraum 311. Daher wirkt der mit Bezug auf 6 beschriebene Vorgang und kann die sehr kleine Entladung verhindert werden.
Weil bei der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl der Komponenten erhöht ist, ist die Anzahl der Einpassabschnitte erhöht, so dass die Möglichkeit besteht, dass die axiale Genauigkeit verschlechtert wird und die Kosten zunehmen. Wenn die Abschirmungselektrode 701 jedoch anders aufgebaut ist als der Unterdrücker 203, kann der in der SE-Elektronenkanone 201 aus dem Stand der Technik verwendete Unterdrücker 203 umgangen werden. Durch die Verwendung einer normierten Unterdrückerstruktur ergeben sich die Vorteile, dass die Kosten zur Herstellung des Unterdrückers abnehmen und dass eine SE-Elektronenquelle mit einem im Handel erhältlichen Unterdrücker unverändert verwendet werden kann.
[Dritte Ausführungsform]
Die zweite Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der ein Unterdrücker und eine Abschirmungselektrode unterschiedlich aufgebaut sind. Eine dritte Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der die Position, an der der Isolator 310 in den Unterdrücker eingepasst ist, geändert ist und die Größe einer Abschirmungselektrode verringert ist. Abgesehen von der Abschirmungselektrode gleicht die Konfiguration jener gemäß der ersten Ausführungsform, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Eine SE-Elektronenkanone gemäß der dritten Ausführungsform wird mit Bezug auf 8 beschrieben. Ein Unterdrücker 702 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist an seinem oberen Ende und an seiner Seitenfläche eine Abschirmungselektrode 703 auf, und der Unterdrücker 702 und die Abschirmungselektrode 703 sind wie gemäß der ersten Ausführungsform integral ausgebildet. Eine Außenumfangsfläche eines zylindrischen Abschnitts mit der unteren Fläche 312 des Isolators 310 und eine Innenumfangsfläche des Unterdrückers 702 werden durch Einpassen gehalten und montiert. Dadurch weist jede Elektrode einen koaxialen Aufbau auf und wird genau positioniert.
Bei der SE-Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Position des Kontaktpunkts 511 zwischen dem als Ausgangspunkt der elektrischen Feldemission dienenden Unterdrücker 702 und dem Isolator 310 geändert. Ähnlich wie bei der SE-Elektronenkanone 101 gemäß der ersten Ausführungsform erreicht eine Endfläche eines zylindrischen Abschnitts 723 der Abschirmungselektrode 703 jedoch den Zwischenraum 311, der im eine Stufe aufweisenden Isolator 310 bereitgestellt ist. Dadurch wird der Kontaktpunkt 511 mit einem Potential der Abschirmungselektrode 703 abgedeckt und wird eine sehr kleine Entladung durch einen mit Bezug auf 6 beschriebenen Vorgang verhindert.
Durch Ändern der Einpassposition zwischen dem Unterdrücker 702 und dem Isolator 310 wie gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Größe der Abschirmungselektrode 703 verringert werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Durchmesser der Extraktionselektrode 204 verringert werden kann und dass die SE-Elektronenkanone verkleinert werden kann. Zusätzlich ergibt sich, weil die Form der Abschirmungselektrode 703 vereinfacht werden kann, der Vorteil, dass der Unterdrücker 702 mit einer integrierten Konfiguration einfach hergestellt werden kann und dass die Kosten verringert werden können.
[Vierte Ausführungsform]
Die dritte Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der die Einpassposition des Isolators 310 geändert wird und die Größe der Abschirmungselektrode verringert wird. Eine vierte Ausführungsform beschreibt eine Ausführungsform einer Elektronenquelle, die durch Ändern des Aufbaus der Abschirmungselektrode an der in 2 dargestellten SE-Elektronenkanone 201 aus dem Stand der Technik montiert werden kann und worin ein Unterdrücker 704 und eine Abschirmungselektrode 705 integriert sind. Abgesehen von der Abschirmungselektrode 705 gleicht die Konfiguration jener gemäß der ersten Ausführungsform, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Eine SE-Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 9 beschrieben. Der Unterdrücker 704 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die auf einer Seitenfläche des Unterdrückers 704 mit dem Unterdrücker 704 integrierte Abschirmungselektrode 705 auf. Anders als die Abschirmungselektrode 301 gemäß der ersten Ausführungsform weist die Abschirmungselektrode 705 keinen zylindrischen Abschnitt auf. Die Abschirmungselektrode 705 steht in Außenumfangsrichtung vor und bedeckt den Kontaktpunkt 511 zwischen dem Unterdrücker 704 und dem Isolator 210 lediglich von unten. Daher ist ein positiv geladener Abschnitt der Oberfläche des Isolators 210 um einen dem Vorsprung der Abschirmungselektrode 705 entsprechenden Betrag vom Kontaktpunkt 511 getrennt. Dadurch kann die Häufigkeit einer sehr kleinen Entladung gegenüber der SE-Elektronenkanone 201 aus dem Stand der Technik verringert werden.
Weil die SE-Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform den in der ersten Ausführungsform beschriebenen Isolator 310 mit einer Stufe nicht aufweist, kann die Kriechstrecke nicht ausreichend verlängert werden. Weil der Kontaktpunkt 511 nicht mit dem zylindrischen Abschnitt 302 der Abschirmungselektrode bedeckt ist, lässt sich zusätzlich leicht ein elektrisches Feld an den Kontaktpunkt 511 anlegen. Daher ist verglichen mit der ersten Ausführungsform die Wirkung des Verhinderns einer sehr kleinen Entladung begrenzt und ist die Häufigkeit verringert. Indem jedoch einfach nur der Unterdrücker 704 gemäß der vorliegenden Ausführungsform geändert wird, kann dieser an der SE-Elektronenkanone 201 aus dem Stand der Technik montiert werden, wobei sich der Vorteil ergibt, dass die Häufigkeit einer sehr kleinen Entladung verringert werden kann, während die Entwicklungskosten verringert werden.
[Fünfte Ausführungsform]
Gemäß der vierten Ausführungsform wird der Aufbau einer Abschirmungselektrode geändert und kann sie an einer SE-Elektronenkanone aus dem Stand der Technik montiert werden. Eine fünfte Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der eine Öffnung in einer Extraktionselektrode bereitgestellt ist, um die absolute Anzahl einen Isolator erreichender Rückstreuelektronen zu verringern und dadurch die Wirkung des Verhinderns einer sehr kleinen Entladung zu verstärken. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden, wenn eine Öffnung der Blende 209 bereitgestellt wird, wenigstens zwei Öffnungen in der Extraktionselektrode bereitgestellt. Abgesehen von der Extraktionselektrode gleicht die Konfiguration jener gemäß der ersten Ausführungsform, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Eine SE-Elektronenkanone gemäß der fünften Ausführungsform wird mit Bezug auf 10 beschrieben. Eine Extraktionselektrode 801 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Öffnung 802 auf, die sich von der Öffnung der Blende 209 an ihrer Bodenfläche unterscheidet. Zusätzlich ist eine Öffnung 803 in einer zylindrischen Fläche der Extraktionselektrode 801 an einer dem zylindrischen Abschnitt 802 der Abschirmungselektrode 301 gegenüberstehenden Position bereitgestellt. Wenn die Extraktionselektrode 801 mit dem von der Spitze 202 emittierten Seitenstrahl 501 bestrahlt wird, werden Rückstreuelektronen emittiert. Von den Rückstreuelektronen 804 durchlaufen einige, die eine niedrige Energie aufweisen, die Öffnung 802 in der Bodenfläche und bewegen sich aus der SE-Elektronenkanone heraus. Dadurch wird die absolute Anzahl der schließlich den Isolator 310 erreichenden Rückstreuelektronen verringert.
Andererseits laufen selbst bei Rückstreuelektronen 805 mit einer hohen Energie, die sich über die Öffnung 802 in der Bodenfläche bewegen, nach wiederholten Rekollisionen viele durch die Öffnung 803 einer zylindrischen Fläche aus der SE-Elektronenkanone heraus. Im schmalen Pfad 601 zwischen der Extraktionselektrode 801 und dem zylindrischen Abschnitt 302 ist die Potentialverteilung schmal und rekollidiert eine große Anzahl der Rückstreuelektronen. Indem die Öffnung 803 an dieser Position bereitgestellt wird, bewegen sich viele Rückstreuelektronen aus der SE-Elektronenkanone heraus und kann die absolute Anzahl der den Isolator 310 schließlich erreichenden Rückstreuelektronen wirksam verringert werden. Mit der Öffnung 802 und der Öffnung 803 der Extraktionselektrode 801, wie vorstehend beschrieben, wird das Ausmaß der Aufladung des Isolators 310 verringert und kann ferner eine sehr kleine Entladung verhindert werden.
Durch Vergrößern des Durchmessers der Blende 209, so dass der Seitenstrahl 501 an der Blende 209 emittiert wird, und Bereitstellen einer Öffnung an einer Emissionsposition des Seitenstrahls 501 an der Blende 209 kann die sehr kleine Entladung ebenfalls durch die gleiche Wirkung wie vorstehend beschrieben verhindert werden.
[Sechste Ausführungsform]
Die fünfte Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der eine Öffnung in einer Extraktionselektrode bereitgestellt ist, um die absolute Anzahl einen Isolator erreichender Rückstreuelektronen zu verringern und dadurch die Wirkung des Verhinderns einer sehr kleinen Entladung zu verstärken. Eine sechste Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der ein Vorsprung auf der Innenseite der Extraktionselektrode bereitgestellt ist, um die absolute Anzahl der den Isolator erreichenden Rückstreuelektronen zu verringern und dadurch die Wirkung des Verhinderns einer sehr kleinen Entladung zu verstärken. Abgesehen von der Extraktionselektrode gleicht die Konfiguration jener gemäß der ersten Ausführungsform, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Eine SE-Elektronenkanone gemäß der sechsten Ausführungsform wird mit Bezug auf 11 beschrieben. Eine Extraktionselektrode 809 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist an der Bodenfläche einen Vorsprung 813 auf. Zusätzlich ist ein Vorsprung 814 an einer zylindrischen Fläche bereitgestellt. Der Vorsprung 813 an der Bodenfläche ist integral mit der Extraktionselektrode 809 ausgebildet, und die Blende 209 ist unterhalb des Vorsprungs 813 angeordnet. Ferner weist der Vorsprung 813 einen zulaufenden Teil auf und ist der Durchmesser einer Öffnung des Vorsprungs 813 auf der Seite der Blende 209 größer als auf der Seite der SE-Spitze 202. Eine Extraktionsspannung ist an den Vorsprung 813 angelegt. Eine dem Unterdrücker 303 gegenüberstehende obere Fläche des Vorsprungs 813 ist flach, um eine Konzentration eines unnötigen elektrischen Felds zu verhindern.
Der Vorsprung 814 an der zylindrischen Fläche ist integral mit der Extraktionselektrode 809 ausgebildet, und die Extraktionsspannung ist an den Vorsprung 814 angelegt. Eine Endfläche des Vorsprungs 814 auf der Seite des Unterdrückers 303 weist einen zulaufenden Teil auf, und der Durchmesser einer Öffnung ist an der unteren Fläche größer als an der oberen Fläche. Die Endfläche des Vorsprungs 814 gegenüber dem Unterdrücker 303 ist flach, um die Konzentration eines unnötigen elektrischen Felds zu verhindern.
Unter den von der SE-Spitze 202 emittierten Seitenstrahlen kollidiert ein Seitenstrahl 812 mit einem großen Emissionswinkel mit der Blende 209 und emittiert dann Rückstreuelektronen 816. Weil die Rückstreuelektronen 816 in einer Spiegelflächenrichtung mit einem Peak emittiert werden, kollidiert der größte Teil der Rückstreuelektronen 816 mit einer unteren Fläche des zulaufenden Teils des Vorsprungs 813. Von dieser unteren Fläche emittierte Rückstreuelektronen 817 kollidieren mit der Blende 209. Auf diese Weise tritt durch Bereitstellen des Vorsprungs 813 beim Seitenstrahl 812 mit einem großen Emissionswinkel eine wiederholte Rekollision einer großen Anzahl von Rückstreuelektronen an einem zwischen dem zulaufenden Teil des Vorsprungs 813 und der Blende 209 erzeugten Taschenabschnitt auf, wodurch die Anzahl der Rückstreuelektronen verringert wird. Dadurch ist es unmöglich, dass die Elektronen den Isolator 310 erreichen.
Ein von der SE-Spitze 202 mit einem kleinen Winkel emittierter Seitenstrahl 810 kollidiert mit der Blende 209 und emittiert dann Rückstreuelektronen 811. Die Rückstreuelektronen 811 durchlaufen die Öffnung des Vorsprungs 813 und kollidieren mit der Extraktionselektrode 809, wobei Rückstreuelektronen 818 emittiert werden. Die Rückstreuelektronen 818 kollidieren mit der unteren Fläche des Vorsprungs 814 und emittieren Rückstreuelektronen 819. Auf diese Weise tritt durch Bereitstellen des Vorsprungs 814 beim Seitenstrahl 810 mit einem kleinen Emissionswinkel eine wiederholte Rekollision einer großen Anzahl von Rückstreuelektronen am zwischen der unteren Fläche des Vorsprungs 814 und der Extraktionselektrode 809 erzeugten Taschenabschnitt auf, wodurch die Anzahl der Rückstreuelektronen verringert wird. Dadurch ist es unmöglich, dass die Elektronen den Isolator 310 erreichen.
Der Vorsprung 813 und der Vorsprung 814 der Extraktionselektrode 809 verringern die absolute Anzahl der den Isolator 310 erreichenden Rückstreuelektronen und das Ausmaß der Aufladung des Isolators 310. Dadurch können sehr kleine Entladungen weiter verhindert werden.
Eine andere Wirkung besteht darin, dass ein schmaler Pfad 815 zwischen dem Vorsprung 814 und dem Unterdrücker 303 definiert ist. Der schmale Pfad 815 hat einen kleinen Raumwinkel, unter dem sich die Rückstreuelektronen bewegen können, so dass sie den schmalen Pfad 815 nur schwer verlassen können. Zusätzlich ist die Potentialverteilung schmal, wodurch erzwungen wird, dass die Rückstreuelektronen in großer Zahl mit dem Vorsprung 814 kollidieren. Dadurch wird die Anzahl der den Isolator 310 erreichenden Rückstreuelektronen wirksam verringert.
[Siebte Ausführungsform]
Die sechste Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der ein Vorsprung an der Innenseite einer Extraktionselektrode bereitgestellt ist, um die absolute Anzahl der einen Isolator erreichenden Rückstreuelektronen zu verringern und dadurch die Wirkung des Verhinderns einer sehr kleinen Entladung zu verstärken. Eine siebte Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der der Innendurchmesser eines Kontaktabschnitts zwischen der Extraktionselektrode und dem Isolator kleiner ist als der Innendurchmesser eines zylindrischen Abschnitts der Extraktionselektrode. Mit anderen Worten ist ein Halsabschnitt in der Extraktionselektrode bereitgestellt, werden der Halsabschnitt und der Isolator durch Einpassen gehalten und wird die absolute Anzahl der Rückstreuelektronen verringert, wodurch die Wirkung des Verhinderns der sehr kleinen Entladung verbessert wird. Abgesehen von der Extraktionselektrode gleicht die Konfiguration jener gemäß der ersten Ausführungsform, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Eine SE-Elektronenkanone gemäß der siebten Ausführungsform wird mit Bezug auf 12 beschrieben. Die Extraktionselektrode gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in einen Bodenabschnitt 821 und einen zylindrischen Abschnitt 824 für die Montage unterteilt. Ferner ist ein Halsabschnitt 822 an einem oberen Abschnitt des zylindrischen Abschnitts 824 der Extraktionselektrode bereitgestellt. Der Halsabschnitt 822 und ein Isolator 820 werden durch Einpassen gehalten. Ferner werden der Isolator 820 und der Unterdrücker 303 durch Einpassen gehalten. Ferner erstreckt sich die Länge des zylindrischen Abschnitts 302 des Unterdrückers 303 bis in die Nähe des Halsabschnitts 822.
Weil der zylindrische Abschnitt 302 verlängert ist, ist die Strecke des zwischen dem zylindrischen Abschnitt 302 der Abschirmungselektrode 301 und dem zylindrischen Abschnitt 824 der Extraktionselektrode definierten schmalen Pfads 601 verlängert. Zusätzlich ist zwischen dem Halsabschnitt 822 und dem zylindrischen Abschnitt 302 ein schmaler Pfad 823 bereitgestellt. Wenn die Abstände zwischen den schmalen Pfaden zunehmen, nimmt die Häufigkeit, mit der Rückstreuelektronen mit dem unteren Abschnitt 821 der Extraktionselektrode kollidieren, zu und nimmt die Anzahl der den Isolator 820 erreichenden Rückstreuelektronen zu. Dadurch wird die Stärke der Aufladung des Isolators 820 verringert und wird die sehr kleine Entladung verhindert.
[Achte Ausführungsform]
Die siebte Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der ein Halsabschnitt in einer Extraktionselektrode bereitgestellt ist, um die absolute Anzahl der Rückstreuelektronen zu verringern und dadurch die Wirkung des Verhinderns einer sehr kleinen Entladung zu verstärken. Eine achte Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der ein Isolator durch ein halbleitendes Material gebildet ist oder ein halbleitender oder leitender Dünnfilm an der Oberfläche des Isolators bereitgestellt ist, um Aufladungen zu verhindern und die Wirkung des Verhinderns einer sehr kleinen Entladung zu verstärken. Abgesehen vom Isolator gleicht die Konfiguration jener gemäß der ersten Ausführungsform, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Eine SE-Elektronenkanone gemäß der achten Ausführungsform wird mit Bezug auf 13 beschrieben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird an Stelle des Isolators 310 gemäß der ersten Ausführungsform ein halbleitender Isolator 830 verwendet. Der halbleitende Isolator 830 weist eine elektrische Leitfähigkeit zwischen jener eines Metalls und jener eines Isolators und einen spezifischen Volumenwiderstand von etwa 10¹⁰ Qcm bis 10¹² Qcm auf. Durch die Verwendung des halbleitenden Isolators 830 kann selbst dann, wenn ein Dunkelstrom zunimmt, eine Spannungsdifferenz zwischen der Extraktionselektrode 204 und dem Unterdrücker 303 aufrechterhalten werden. Andererseits werden, wenn die Rückstreuelektronen mit dem halbleitenden Isolator 830 kollidieren, Elektronen sofort vom halbleitenden Isolator 830 in seiner Nähe zugeführt, wenn die Oberfläche des halbleitenden Isolators 830 geladen ist, so dass die Aufladung verringert wird. Daher tritt keine elektrische Feldemission vom Kontaktpunkt 511 auf und kann eine sehr kleine Entladung verhindert werden.
Die gleiche Wirkung kann auch durch Bereitstellen einer halbleitenden Beschichtung 831 an der Oberfläche eines Isolators erreicht werden. Die halbleitende Beschichtung 831 ist ein Dünnfilm mit einem spezifischen Volumenwiderstand von etwa 10¹⁰ Qcm bis 10¹² Qcm, und sie weist eine Dicke von einigen µm auf. Selbst wenn die Rückstreuelektronen mit der halbleitenden Beschichtung 831 kollidieren, wird die Aufladung sofort verringert und kann eine sehr kleine Entladung verhindert werden.
Die halbleitende Beschichtung 831 ist nicht darauf beschränkt, dass sie auf der gesamten Oberfläche des Isolators bereitgestellt ist, und sie übt die gleiche Wirkung aus, selbst wenn sie nur auf einem Teil der Oberfläche bereitgestellt ist. Wenn die halbleitende Beschichtung 831 auf einem Teil der Oberfläche bereitgestellt wird, kann die Leitfähigkeit der halbleitenden Beschichtung 831 erhöht werden und kann der spezifische Volumenwiderstand 10¹⁰ Qcm oder weniger betragen. Wenn der zu bedeckende Abschnitt auf einen sehr kleinen Teil der Oberfläche begrenzt wird, kann ein leitfähiger Metalldünnfilm gebildet werden oder kann ein Film durch Metallisierung gebildet werden. Ferner wird durch Bereitstellen einer halbleitenden Beschichtung oder Metallbeschichtung in der Nähe des Kontaktpunkts 511 die zusätzliche Wirkung erzielt, dass die Konzentration des elektrischen Felds am Kontaktpunkt 511 vermindert wird.
[Neunte Ausführungsform]
Die achte Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der ein Isolator halbleitend ist oder eine halbleitende Beschichtung auf den Isolator aufgebracht ist, um eine Aufladung zu verhindern und die Wirkung des Verhinderns einer sehr kleinen Entladung zu verstärken. Eine neunte Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, bei der ein Unterdrücker durch einen leitenden Stützabschnitt gehalten wird und die absolute Anzahl von Rückstreuelektronen verringert wird, um die Wirkung des Verhinderns der sehr kleinen Entladung zu verstärken. Das heißt, dass die neunte Ausführungsform eine Ausführungsform einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung ist, die eine Elektronenkanone aufweist, welche Folgendes aufweist: eine Spitze, einen Unterdrücker, der hinter einem distalen Ende der Spitze angeordnet ist, einen leitfähigen Stützabschnitt, der den Unterdrücker hält, eine Extraktionselektrode mit einer Bodenfläche und einem zylindrischen Abschnitt, welche die Spitze und den Unterdrücker einschließt, einen Isolator, der den Stützabschnitt und die Extraktionselektrode hält, und ein leitfähiges Metall, das zwischen dem Stützabschnitt und dem zylindrischen Abschnitt der Extraktionselektrode bereitgestellt ist, wobei eine Spannung, die niedriger ist als eine an die Spitze angelegte Spannung, an das leitfähige Metall angelegt ist.
Die SE-Elektronenkanone gemäß der neunten Ausführungsform wird mit Bezug auf 14 beschrieben. Abgesehen vom Stützabschnitt gleicht die Konfiguration jener gemäß der ersten Ausführungsform, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird. Wie in der Figur dargestellt ist, wird der Unterdrücker 303 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch einen Stützabschnitt 840 gehalten. Der Stützabschnitt 840 ist ein leitfähiger Metallzylinder und ist mit dem Unterdrücker 303 koaxial aufgebaut. Der Stützabschnitt 840 gelangt in Kontakt mit dem Unterdrücker 303 und weist daher das gleiche Potential auf wie der Unterdrücker 303. Der Stützabschnitt 840 wird durch Einpassen in den Isolator 310 gehalten. Der Isolator 310 und ein Zylinder der Extraktionselektrode 204 werden durch Einpassen gehalten.
Dadurch werden eine genaue Positionierung und eine koaxiale Anordnung zwischen der SE-Spitze 202 und der Extraktionselektrode 204 aufrechterhalten. Eine Durchführung 841 ist mit dem Anschluss 207 verbunden, und dem Faden 206 wird Strom zugeführt. Die Abschirmungselektrode 301 ist auf einer Seitenfläche des Stützabschnitts 840 bereitgestellt und bedeckt die untere Fläche 312 des Isolators 310 gemeinsam mit dem zylindrischen Abschnitt 302.
Überdies wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Bahn der Rückstreuelektronen durch die Abschirmungselektrode 301, die mit dem Stützabschnitt 840 des Unterdrückers 303 integriert aufgebaut ist, gesteuert und ist die Position, an der die Rückstreuelektronen mit dem Isolator 310 kollidieren, vom Kontaktpunkt 511 getrennt. Dadurch wird die Erhöhung eines elektrischen Felds am Kontaktpunkt 511 durch Aufladung verringert und kann eine sehr kleine Entladung verhindert werden. Ferner wird der Abstand zwischen der SE-Spitze 202 und dem Isolator 310 durch Bereitstellen des Stützabschnitts 840 des Unterdrückers 303 vergrößert. Dadurch wird die Anzahl der Kollisionen, bis die Rückstreuelektronen den Isolator 310 erreichen, vergrößert und wird die absolute Anzahl der Elektronen verringert, so dass die sehr kleine Entladung wirksam verhindert werden kann. Wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, kann die Abschirmungselektrode 301 an einer anderen Komponente als dem Unterdrücker selbst angebracht werden. Ferner kann auch dann, wenn eine andere leitfähige Komponente zum Unterdrücker 303 oder zum Stützabschnitt 840 hinzugefügt wird und in Kontakt mit dem Unterdrücker 303 oder dem Stützabschnitt 840 gebracht wird, die gleiche Wirkung erreicht werden, indem die zusätzliche Komponente mit der Abschirmungselektrode 301 versehen wird.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt und schließt verschiedene Modifikationen ein. Beispielsweise kann die SE-Spitze 202 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Elektrisches-Feld-Emissions-Kaltkathoden-Elektronenquelle, eine thermische Elektronenquelle oder eine Lichtanregungs-Elektronenquelle sein. Das Material der SE-Spitze 202 ist nicht auf Wolfram beschränkt und kann LaB6, CeB6 oder ein auf Kohlenstoff beruhendes Material sein. Ferner wurden die vorstehend erwähnten Ausführungsformen detailliert für ein einfaches Verständnis der Erfindung beschrieben, wobei die Erfindung nicht notwendigerweise darauf beschränkt ist, dass sie alle vorstehend beschriebenen Konfigurationen aufweist. Ein Teil einer Konfiguration einer Ausführungsform kann durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, und die Konfiguration der anderen Ausführungsform kann zur Konfiguration einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Ferner kann ein Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform zu einer anderen Konfiguration hinzugefügt werden, daraus entnommen werden oder dadurch ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

101: SE-Elektronenkanone
102: Steuerelektrode
103: Beschleunigungselektrode
109: Turbomolekularpumpe
110: Sammellinse
111: Objektivlinse
112: Probe
113: Probenkammer
114: Detektor
115: Elektronenstrahl
116: Isolator
118: Nicht-verdampfbarer-Getter-Pumpe
119: erste Vakuumkammer
120: Ionenpumpe
121: Ionenpumpe
122: Ionenpumpe
125: zylindrischer Körper
126: zweite Vakuumkammer
127: dritte Vakuumkammer
128: vierte Vakuumkammer
201: SE-Elektronenkanone aus dem Stand der Technik
202: SE-Spitze
203: Unterdrücker
204: Extraktionselektrode
205: Zirkonoxid
206: Faden
207: Anschluss
208: Isolator
209: Blende
210: Isolator
301: Abschirmungselektrode
302: zylindrischer Abschnitt
303: Unterdrücker
310: Isolator
311: Zwischenraum
312: untere Fläche
313: obere Fläche
501: Seitenstrahl
502: Rückstreuelektron
503: Rückstreuelektron
504: Rückstreuelektron
505: Rückstreuelektron
506: Sekundärelektron
507: Fläche
510: Potentialverteilung
511: Kontaktpunkt
517: Fläche
601: schmaler Pfad
701: Abschirmungselektrode
702: Unterdrücker
703: Abschirmungselektrode
704: Unterdrücker
705: Abschirmungselektrode
722: zylindrischer Abschnitt
723: zylindrischer Abschnitt
801: Extraktionselektrode
802: Öffnung
803: Öffnung
804: Rückstreuelektron
805: Rückstreuelektron
810: Seitenstrahl
811: Rückstreuelektron
812: Seitenstrahl
813: Vorsprung
814: Vorsprung
815: schmaler Pfad
816: Rückstreuelektron
817: Rückstreuelektron
818: Rückstreuelektron
819: Rückstreuelektron
820: Isolator
821: unterer Abschnitt der Extraktionselektrode
822: Halsabschnitt
823: schmaler Pfad
824: zylindrischer Abschnitt der Extraktionselektrode
830: halbleitender Isolator
831: halbleitende Beschichtung
840: Stützabschnitt
841: Durchführung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 8171879 A [0004]

Claims

Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine Elektronenkanone, welche Folgendes aufweist: eine Spitze, einen Unterdrücker, der hinter einem distalen Ende der Spitze angeordnet ist, eine Extraktionselektrode, die eine Bodenfläche und einen zylindrischen Abschnitt aufweist und die Spitze und den Unterdrücker einschließt, einen Isolator, der den Unterdrücker und die Extraktionselektrode hält, und ein leitfähiges Metall, das zwischen dem Unterdrücker und dem zylindrischen Abschnitt der Extraktionselektrode bereitgestellt ist, wobei eine Spannung, die niedriger ist als eine an die Spitze angelegte Spannung, an das leitfähige Metall angelegt ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Stufe an einer Endfläche des Isolators bereitgestellt ist und ein Zwischenraum zwischen dem Isolator und dem zylindrischen Abschnitt der Extraktionselektrode bereitgestellt ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich ein Teil des leitfähigen Metalls zum Zwischenraum erstreckt.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das leitfähige Metall und der Unterdrücker integral ausgebildet sind.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das leitfähige Metall einen zylindrischen Aufbau aufweist und sich der zylindrische Aufbau koaxial zum zylindrischen Abschnitt der Extraktionselektrode erstreckt.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei wenigstens zwei Öffnungen in der Extraktionselektrode bereitgestellt sind.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei wenigstens ein Vorsprung innerhalb der Extraktionselektrode bereitgestellt ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Innendurchmesser eines Kontaktabschnitts zwischen der Extraktionselektrode und dem Isolator kleiner ist als der Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts der Extraktionselektrode.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Isolator aus einem halbleitenden Material besteht oder ein halbleitender oder leitender Dünnfilm an der Oberfläche des Isolators bereitgestellt ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Krümmungsradius des distalen Endes der Spitze auf einen Wert größer als 0,5 µm gelegt ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Vakuumkammer, in der sich die Spitze befindet, durch eine Nicht-verdampfbarer-Getter-Pumpe evakuiert wird.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine Elektronenkanone, welche Folgendes aufweist: eine Spitze, einen Unterdrücker, der hinter einem distalen Ende der Spitze angeordnet ist, einen leitfähigen Stützabschnitt, der den Unterdrücker hält, eine Extraktionselektrode, die eine Bodenfläche und einen zylindrischen Abschnitt aufweist und die Spitze und den Unterdrücker einschließt, einen Isolator, der den Stützabschnitt und die Extraktionselektrode hält, und ein leitfähiges Metall, das zwischen dem Stützabschnitt und dem zylindrischen Abschnitt der Extraktionselektrode bereitgestellt ist, wobei eine Spannung, die niedriger ist als eine an die Spitze angelegte Spannung, an das leitfähige Metall angelegt ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Stufe an einer Endfläche des Isolators bereitgestellt ist und ein Zwischenraum zwischen dem Isolator und dem zylindrischen Abschnitt der Extraktionselektrode bereitgestellt ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei sich ein Teil des leitfähigen Metalls zum Zwischenraum erstreckt.
Elektronenquelle, welche Folgendes umfasst: eine Spitze, einen Unterdrücker, der hinter einem distalen Ende der Spitze angeordnet ist, einen Isolator, der einen elektrisch mit der Spitze und dem Unterdrücker verbundenen Anschluss hält, und ein leitfähiges Metall, das sich auf einer Seitenfläche des Unterdrückers befindet.