JPS6016700B2 - 熱陰極電子源装置 - Google Patents
熱陰極電子源装置Info
- Publication number
- JPS6016700B2 JPS6016700B2 JP3446678A JP3446678A JPS6016700B2 JP S6016700 B2 JPS6016700 B2 JP S6016700B2 JP 3446678 A JP3446678 A JP 3446678A JP 3446678 A JP3446678 A JP 3446678A JP S6016700 B2 JPS6016700 B2 JP S6016700B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hot cathode
- temperature
- sample
- cathode
- electron source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/24—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the tube and not otherwise provided for
- H01J37/242—Filament heating power supply or regulation circuits
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Microwave Tubes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子顕微鏡およびその類似装置における仏B6
熱陰極電子源装置に関する。
熱陰極電子源装置に関する。
La&熱陰極電子源はタングステン・ヘャピン熱陰極電
子源にくらべ高い輝度(5〜1M音)と寿命が長いとい
う特長があるため、使用雰囲気が高真空(10‐6on
以上)でなければならず、装置が高価であるという短所
があるにもか)わらず、一部で使用されて来た。
子源にくらべ高い輝度(5〜1M音)と寿命が長いとい
う特長があるため、使用雰囲気が高真空(10‐6on
以上)でなければならず、装置が高価であるという短所
があるにもか)わらず、一部で使用されて来た。
従来LaB熱陰極は一般に1800o〜190び kの
固定温度で用いられており、寿命も100〜数10独特
間とタングステン・ヘヤピン熱陰極とくらべると長いが
、高真空雰囲気で使用する熱陰極としては寿命が短かく
普及を妨げる原因となっていた。本発明の目的は、試料
上に照射する電子線ビームの径に対応してLaB6熱陰
極の加熱温度を可変することにより、実用上に支障をき
たさずいB6熱陰極の長寿命化を計ることにある。
固定温度で用いられており、寿命も100〜数10独特
間とタングステン・ヘヤピン熱陰極とくらべると長いが
、高真空雰囲気で使用する熱陰極としては寿命が短かく
普及を妨げる原因となっていた。本発明の目的は、試料
上に照射する電子線ビームの径に対応してLaB6熱陰
極の加熱温度を可変することにより、実用上に支障をき
たさずいB6熱陰極の長寿命化を計ることにある。
図1に走査電子顕微鏡の概略説明図を示す。
熱陰極1より照射された電子線2は、電子レンズ3,4
で集東され、試料5上に電子線2のスポットサイズを所
要の大きさに縮少し照射する。又偏向コイル6,7は上
記縮少した電子線スポットを試料5上を平面に走査させ
る。試料5上に照射された電子線スポットは、2次電子
等試料の形上村料に関する情報を発生する。検出器10
、増中器11で検出・増中された信号をブラウン管12
のグリッドーこ導入し、ブラウン管12の電子線13を
制御し、ブラウン管面の蛍光体の輝度を変化させる。ブ
ラウン管12の偏向コイル8は、偏向コイル6,7と同
期して偏向電源9で駆動される。ブラウン管上に表示さ
れる試料像は、試料5上を走査する電子線1の走査中そ
と、ブラウン管面を走査する電子線13の中Lの比L/
そに拡大される。走査電子顕微鏡及びその類似装置にお
いては高倍率像を観察する能力、即ち分解能が重要な性
能の一つであり、分解能は試料上に照射する電子線のス
ポットの大きさにより制限される。
で集東され、試料5上に電子線2のスポットサイズを所
要の大きさに縮少し照射する。又偏向コイル6,7は上
記縮少した電子線スポットを試料5上を平面に走査させ
る。試料5上に照射された電子線スポットは、2次電子
等試料の形上村料に関する情報を発生する。検出器10
、増中器11で検出・増中された信号をブラウン管12
のグリッドーこ導入し、ブラウン管12の電子線13を
制御し、ブラウン管面の蛍光体の輝度を変化させる。ブ
ラウン管12の偏向コイル8は、偏向コイル6,7と同
期して偏向電源9で駆動される。ブラウン管上に表示さ
れる試料像は、試料5上を走査する電子線1の走査中そ
と、ブラウン管面を走査する電子線13の中Lの比L/
そに拡大される。走査電子顕微鏡及びその類似装置にお
いては高倍率像を観察する能力、即ち分解能が重要な性
能の一つであり、分解能は試料上に照射する電子線のス
ポットの大きさにより制限される。
スポットの大きさが小ささければ、試料上の走査中〆を
小さくしても像質は悪くないならないが、スポットの大
きさが大きいと走査中を大きくしなければ像がボケ、像
が不鮮明になり倍率を高くすることの意味がなくなる。
すなわち、分解能をあげるためにはスポットの大きさを
出来るだけ小さくすることが望ましいが、一方試料に照
射される電子線量はスポットの大きさに比例して減少す
る。今図2に示すように試料に照射される電流を1凶、
電子源の輝度をB(A/の.str)とすると、試料5
より絞り15を見込む半角asが変らないとすれば、電
子源の径d。
小さくしても像質は悪くないならないが、スポットの大
きさが大きいと走査中を大きくしなければ像がボケ、像
が不鮮明になり倍率を高くすることの意味がなくなる。
すなわち、分解能をあげるためにはスポットの大きさを
出来るだけ小さくすることが望ましいが、一方試料に照
射される電子線量はスポットの大きさに比例して減少す
る。今図2に示すように試料に照射される電流を1凶、
電子源の輝度をB(A/の.str)とすると、試料5
より絞り15を見込む半角asが変らないとすれば、電
子源の径d。
と試料上の電子線スポット経dSの比M=d。/dsと
試料に照射される電流lsとの間には次の関係がある。
IS=B汀(OS/M)2・汀d客ノ4 =m2/必携d奪=KBdき………………{1}但し、
K=の2 0奪/4M=d。
試料に照射される電流lsとの間には次の関係がある。
IS=B汀(OS/M)2・汀d客ノ4 =m2/必携d奪=KBdき………………{1}但し、
K=の2 0奪/4M=d。
/dS=8S/8。立体角=竹(1一cos8);竹8
2 ‘1}式より、試料上の電子線のスポット径が小さくな
れば、試料に照射される電流が減少することがわかる。
2 ‘1}式より、試料上の電子線のスポット径が小さくな
れば、試料に照射される電流が減少することがわかる。
このためスポット径を小さくしてゆくと、2次電子等の
信号量が減少し、検出器10、増中器11で発生する雑
音とのS/Nが悪くなり、スポット径がd・さくなった
にもかかわらず、像質が悪く分解能が良くならない結果
となる。このためタングステン・ヘャピン形熱陰極では
、一般に、電子線のスポット径を50〜100A、試料
電流を2〜5×10‐12A程度に設定している。試料
電流は、電子線源の輝度に比例することからタングステ
ン・ヘャピン形にくらべ、数倍輝度の高い凶B6熱陰極
を用いると、信号量も増し、試料に照射する電子線のス
ポット径を小さくすることも可能であり、高分解館化が
可能となる。しかし山B6熱陰極の使用にあたっては、
この熱陰極附近の真空度が10‐6Tomよりも良いこ
とが必要である。このように高真空を維持するためにも
、又装置の稼動率を高めるためにも、熱陰極の寿命を出
来るだけ長くし、上記陰極の交換のため大気にさらすひ
ん度を出来るだけ少くすることが必要である。又LaB
熱陰極は高価であり、これも長寿命化が望まれる一因で
もある。いB6熱陰極の寿命は、いB6の蒸発速度によ
ってさまる。
信号量が減少し、検出器10、増中器11で発生する雑
音とのS/Nが悪くなり、スポット径がd・さくなった
にもかかわらず、像質が悪く分解能が良くならない結果
となる。このためタングステン・ヘャピン形熱陰極では
、一般に、電子線のスポット径を50〜100A、試料
電流を2〜5×10‐12A程度に設定している。試料
電流は、電子線源の輝度に比例することからタングステ
ン・ヘャピン形にくらべ、数倍輝度の高い凶B6熱陰極
を用いると、信号量も増し、試料に照射する電子線のス
ポット径を小さくすることも可能であり、高分解館化が
可能となる。しかし山B6熱陰極の使用にあたっては、
この熱陰極附近の真空度が10‐6Tomよりも良いこ
とが必要である。このように高真空を維持するためにも
、又装置の稼動率を高めるためにも、熱陰極の寿命を出
来るだけ長くし、上記陰極の交換のため大気にさらすひ
ん度を出来るだけ少くすることが必要である。又LaB
熱陰極は高価であり、これも長寿命化が望まれる一因で
もある。いB6熱陰極の寿命は、いB6の蒸発速度によ
ってさまる。
蒸発速度と熱陰極温度をの関係の一例を、図3に170
00 k時の蒸発速度を基準として線Vであらわしてい
る。又輝度と陰極温度との関係を線Bで示している。走
査電子顕微鏡及びその類似装置において試料像を高倍率
で観察する場合、高輝度の電子源を用いることは有用で
ある。
00 k時の蒸発速度を基準として線Vであらわしてい
る。又輝度と陰極温度との関係を線Bで示している。走
査電子顕微鏡及びその類似装置において試料像を高倍率
で観察する場合、高輝度の電子源を用いることは有用で
ある。
しかし通常観察にもちいられる数千倍以下の倍率におい
ては、従来のタングステン。へャピン形の熱陰極でも充
分な試料照射電流が得られている。図1のブラウン管の
偏向中Lを100側とし、50,00の苦から1,00
ぴ苔迄の試料上を偏向する中をそ、ブラウン管の解像度
を1/1500とし、これに見合ったスポット径ds(
即ちdsノ〆=1/1500)及び高倍率(50,00
0倍)時のスポット径50Aの時の試料電流を基準とし
た、各倍率におけるスポット径の時の試料電流比を求め
ると表1のようになる。
ては、従来のタングステン。へャピン形の熱陰極でも充
分な試料照射電流が得られている。図1のブラウン管の
偏向中Lを100側とし、50,00の苦から1,00
ぴ苔迄の試料上を偏向する中をそ、ブラウン管の解像度
を1/1500とし、これに見合ったスポット径ds(
即ちdsノ〆=1/1500)及び高倍率(50,00
0倍)時のスポット径50Aの時の試料電流を基準とし
た、各倍率におけるスポット径の時の試料電流比を求め
ると表1のようになる。
表1
表1に示す通り50,000倍での試料電流を1とする
と、5,00の鞠こおいては6.7倍の試料電流が得ら
れる。
と、5,00の鞠こおいては6.7倍の試料電流が得ら
れる。
したがって5,00折音観察する場合には、50,00
0倍での条件より輝度を1/6・7に下げて観察しうる
。5,00M部こおいては、熱電子へャピンフイラメン
トの輝度は3〜5×iびA/の。
0倍での条件より輝度を1/6・7に下げて観察しうる
。5,00M部こおいては、熱電子へャピンフイラメン
トの輝度は3〜5×iびA/の。
strで十分であることが従来の装置から判明している
ため、5,00ぴ音の陰極温度は図3から17000
kで良いことがわかる。この場合の蒸発速度は「200
0o kに比較すれば1ノ100、】90びkと比較し
ても1ノ30となり寿命は100倍〜3M苔とのびるこ
とがわかる。さらに、50,000倍で観察する場合に
、5,00ぴ音で観察した時と同一の試料電流を得るた
めには、3〜5×1び×6.7字2〜3×1ぴA/の.
sVの輝度が必要となり、図3から1950〜2000
0 kの陰極温度が必要であることがわかる。従来の熱
電子へャピンフィラメントを用いる場合は3×1びA/
地.strが限界であったことから50,00併苔での
観察においては、従来の4〜雌音の輝度が得られ、明る
いS/Nの良い像観察が可能となる。又10,00の割
こおいては、50,000倍の1/1.7の試料電流で
あり、2〜3×10−6/1.7三1〜1.7×1ぴA
/洲.strで良く、1850〜19000kの陰極温
度となり、約10ぴk程度下げることができ、寿命は約
5倍にのびる。尚表1において、スポットの蚤dsと試
料電流の関係は、dsの2乗に比例するため、50Aの
試料電流を1とすると130Aにおいては(130/5
0)2=6.7倍となる。従来いB6熱陰極は最高倍率
時に必要な輝度が得られる温度で常時使用されてきた。
ため、5,00ぴ音の陰極温度は図3から17000
kで良いことがわかる。この場合の蒸発速度は「200
0o kに比較すれば1ノ100、】90びkと比較し
ても1ノ30となり寿命は100倍〜3M苔とのびるこ
とがわかる。さらに、50,000倍で観察する場合に
、5,00ぴ音で観察した時と同一の試料電流を得るた
めには、3〜5×1び×6.7字2〜3×1ぴA/の.
sVの輝度が必要となり、図3から1950〜2000
0 kの陰極温度が必要であることがわかる。従来の熱
電子へャピンフィラメントを用いる場合は3×1びA/
地.strが限界であったことから50,00併苔での
観察においては、従来の4〜雌音の輝度が得られ、明る
いS/Nの良い像観察が可能となる。又10,00の割
こおいては、50,000倍の1/1.7の試料電流で
あり、2〜3×10−6/1.7三1〜1.7×1ぴA
/洲.strで良く、1850〜19000kの陰極温
度となり、約10ぴk程度下げることができ、寿命は約
5倍にのびる。尚表1において、スポットの蚤dsと試
料電流の関係は、dsの2乗に比例するため、50Aの
試料電流を1とすると130Aにおいては(130/5
0)2=6.7倍となる。従来いB6熱陰極は最高倍率
時に必要な輝度が得られる温度で常時使用されてきた。
90%以上の使用ひん度がある。
10,00川音以下の倍率の時に陰極温度を適正温度(
その時に必要なビーム径・試料電流を得るのに必要最低
限の温度)にセット出来る機構を有しておればなんら性
能の低下を伴なわずに10〜数1針音の長寿命化が可能
となる。
その時に必要なビーム径・試料電流を得るのに必要最低
限の温度)にセット出来る機構を有しておればなんら性
能の低下を伴なわずに10〜数1針音の長寿命化が可能
となる。
図4なし、し図6はそれぞれ本発明の実施例の回略図で
ある。図4はステップ切換え方式であり、直流電源量5
の出力を抵抗とツェナーダィオード16の直列回路に供
給し、ツヱナーダィオード16の両端に生ずる一定電圧
をシリーズ抵抗r.,r2・・・・・・で分圧し、各分
圧点の電圧をトランジスタ19のベースに切換印加する
。
ある。図4はステップ切換え方式であり、直流電源量5
の出力を抵抗とツェナーダィオード16の直列回路に供
給し、ツヱナーダィオード16の両端に生ずる一定電圧
をシリーズ抵抗r.,r2・・・・・・で分圧し、各分
圧点の電圧をトランジスタ19のベースに切換印加する
。
これにより、DC−DCコンバータ20の入力電圧、し
たがって熱陰極1に供給される電流値が増減されてその
輝度が制御される。したがって、切換スイッチ17を適
当な位置に切換えることにより、いB6熱陰極の加熱温
度をレンズ倍率または所要照射ビーム径の変化に応じて
必要最小限の値に設定することができる。図5は、図4
の分圧用シリーズ抵抗の代りに可変抵抗VRを用いて連
続切換えができるようにしたものであり、その動作は図
4の場合と全く同様である。これらの場合、切換スイッ
チ17または可変抵抗摺動子17Aの指標をレンズ倍率
または所要スポット径であらわしておくこともでき、さ
らに前記スイッチまたは情勤子を電子レンズの電流切換
えスイッチと連動させれば、操作性の向上に役立て)。
たがって熱陰極1に供給される電流値が増減されてその
輝度が制御される。したがって、切換スイッチ17を適
当な位置に切換えることにより、いB6熱陰極の加熱温
度をレンズ倍率または所要照射ビーム径の変化に応じて
必要最小限の値に設定することができる。図5は、図4
の分圧用シリーズ抵抗の代りに可変抵抗VRを用いて連
続切換えができるようにしたものであり、その動作は図
4の場合と全く同様である。これらの場合、切換スイッ
チ17または可変抵抗摺動子17Aの指標をレンズ倍率
または所要スポット径であらわしておくこともでき、さ
らに前記スイッチまたは情勤子を電子レンズの電流切換
えスイッチと連動させれば、操作性の向上に役立て)。
又通常は蒸発速度が遅くて寿命が長く、しかもタングス
テン・ヘヤピン形熱陰極と同種度の輝度が得られる1,
600o k〜1,800o kの陰極温度に設定して
おき、高輝度電子源が必要な時のみ陰極温度をあげ、一
定時間後(例えば、電子線装置の使用を停止した後)は
自動的に、通常設定温度に復帰するようにすれば、熱陰
極の長寿命化には一段と有効である。
テン・ヘヤピン形熱陰極と同種度の輝度が得られる1,
600o k〜1,800o kの陰極温度に設定して
おき、高輝度電子源が必要な時のみ陰極温度をあげ、一
定時間後(例えば、電子線装置の使用を停止した後)は
自動的に、通常設定温度に復帰するようにすれば、熱陰
極の長寿命化には一段と有効である。
図5はその一例である。図6において、リレー23の接
点SI,S2は通常は黒接点側に接しており、トランジ
スタ19のベース電位は、分圧抵抗R1,R2により例
えば1600〜1800o kの温度に対応する値に設
定されている。高倍率観測時にセットスイッチ22を開
成すると、リレー23が付勢されて接点S1,S2が白
接点側に切換えられ、熱陰極1は切換スイッチ17の接
点位置に応じた大きさの電流で加熱され、所定の高輝度
に上げられると同時に、接点S2によりリレー23が自
己保持される。観察を終って電源15がオフにされると
、リレー23の自己保持が解かれて初期状態に戻るので
、熱陰極1は通常の設定状態になる。以上は走査型露顕
について説明したが、透過型電顕の場合も全く同様、高
倍率では高温度に、低倍率で使用する場合は低い温度に
加熱して、寿命を長くすることで、前前述の如きいB6
電子源の特長を生かすことができる。
点SI,S2は通常は黒接点側に接しており、トランジ
スタ19のベース電位は、分圧抵抗R1,R2により例
えば1600〜1800o kの温度に対応する値に設
定されている。高倍率観測時にセットスイッチ22を開
成すると、リレー23が付勢されて接点S1,S2が白
接点側に切換えられ、熱陰極1は切換スイッチ17の接
点位置に応じた大きさの電流で加熱され、所定の高輝度
に上げられると同時に、接点S2によりリレー23が自
己保持される。観察を終って電源15がオフにされると
、リレー23の自己保持が解かれて初期状態に戻るので
、熱陰極1は通常の設定状態になる。以上は走査型露顕
について説明したが、透過型電顕の場合も全く同様、高
倍率では高温度に、低倍率で使用する場合は低い温度に
加熱して、寿命を長くすることで、前前述の如きいB6
電子源の特長を生かすことができる。
図面の簡単な説明図1、図2は本発明の原理を説明する
略線図、図3は陰極温度と輝度および蒸発速度との関係
を示す図表、図4ないし図6はそれぞれ本発明の実施例
の回路図である。
略線図、図3は陰極温度と輝度および蒸発速度との関係
を示す図表、図4ないし図6はそれぞれ本発明の実施例
の回路図である。
1・・・熱陰極、15…直流電源、16・・・ッェナダ
ィオード、17・・・切換スイッチ、20・・・DC−
DCコンバータ、23…リレー。第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図
ィオード、17・・・切換スイッチ、20・・・DC−
DCコンバータ、23…リレー。第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 高真空中で加熱されるLaB_6熱陰極と、前記熱
陰極に電流を供給する電源装置と、発生した電子線を加
速する手段と、電子線を集束する手段とを具備した熱陰
極電子源装置において、熱陰極の加熱温度を電子線集束
手段の切換と連動する手段を設け、LaB_6熱陰極の
加熱温度を電子線のビーム径の変化に応じてビーム径が
小さいほど高温に、またビーム径が大きいほど低温にな
るように制御することを特徴とする熱陰極電子源装置。 2 熱陰極の加熱温度を、通常は比較的低温に設定し、
ビーム径を小さくする時は高温に切換え、予定時間経過
後は自動的に通常設定状態に復帰させることを特徴とす
る第1項記載の熱陰極電子源装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3446678A JPS6016700B2 (ja) | 1978-03-25 | 1978-03-25 | 熱陰極電子源装置 |
NL7902266A NL7902266A (nl) | 1978-03-25 | 1979-03-22 | Electronenbroneenheid met hete kathode. |
DE19792911741 DE2911741A1 (de) | 1978-03-25 | 1979-03-26 | Gluehkathoden-elektronenquellenanordnung |
GB7910461A GB2019172A (en) | 1978-03-25 | 1979-03-26 | Control circuit for a hot-cathode electron source device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3446678A JPS6016700B2 (ja) | 1978-03-25 | 1978-03-25 | 熱陰極電子源装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS54127272A JPS54127272A (en) | 1979-10-03 |
JPS6016700B2 true JPS6016700B2 (ja) | 1985-04-26 |
Family
ID=12415018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3446678A Expired JPS6016700B2 (ja) | 1978-03-25 | 1978-03-25 | 熱陰極電子源装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6016700B2 (ja) |
DE (1) | DE2911741A1 (ja) |
GB (1) | GB2019172A (ja) |
NL (1) | NL7902266A (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4424448A (en) * | 1979-12-26 | 1984-01-03 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Electron beam apparatus |
US6456009B1 (en) * | 2000-07-31 | 2002-09-24 | Communication And Power Industries | Adaptive heater voltage algorithm and control system for setting and maintenance of the heater voltage of a vacuum electron device |
-
1978
- 1978-03-25 JP JP3446678A patent/JPS6016700B2/ja not_active Expired
-
1979
- 1979-03-22 NL NL7902266A patent/NL7902266A/xx not_active Application Discontinuation
- 1979-03-26 GB GB7910461A patent/GB2019172A/en not_active Withdrawn
- 1979-03-26 DE DE19792911741 patent/DE2911741A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2019172A (en) | 1979-10-24 |
NL7902266A (nl) | 1979-09-27 |
JPS54127272A (en) | 1979-10-03 |
DE2911741A1 (de) | 1979-10-11 |
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