NL8901517A - Elektronenkanonsysteem met veldemissie. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Elektronenkanonsysteem met veldemissie.

Als uitvinders worden genoemd: Takeshi Kawasaki, Junji Endo, Shigeto Isakozawa, Masahiro Tomita, Akira Tonomura.

De uitvinding heeft betrekking op een elektronenkanonsysteem, dat geschikt is voor gebruik in een elektronenmicroscoop, bij elektronenbundel-lithografie of dergelijke, en meer in het bijzonder op de verbetering van een elektronenkanonsysteem met veldemissie, dat geschikt is om een elektronenbundel te verkrijgen met grote helderheid en grote stroom.

Bij het gebruikelijke elektronenkanonsysteem met veldemissie werd bij benaderingen van het verkrijgen van een elektronenbundel met grote stroom door het gebruik niet alleen van een elektronische bundel focusseringswerking al op grondslag van een elektrostatische lens maar ook een magnetische bundel focusseringswerking op grondslag van een magnetische lens, die opgesteld was in de nabijheid van de elektronenbron, zoals beschreven in het Britse octrooi-schrift 12911221 en JP-A-59-42748.

Om de gewenste gefocusseerde elektronenbundel te verkrijgen bij het gebruik van een elektronenkanon in een transmissie- of aftastelektronenmicroscoop, bij elektronenbundel lithografie of dergelijke, wordt gewoonlijk een verlichtingssysteem gebruikt, d.w.z. een systeem, waarin het elektronenkanon gecombineerd is met één of meer condensor-lenzen. Het niveau van de luminantie (of helderheid) van de verkregen elektronenbundel wordt echter lager dan dat van een elektronenbron zelf als gevolg van aberraties van het elektronenkanon en de condensorlens. Om een elektronenbundel van grote helderheid te verkrijgen, is het belangrijk de aberraties van het verlichtingssysteem (hoofdzakelijk sferische aberratie en chromatische aberratie omvattend) zover mogelijk te reduceren, om daardoor het helderheids-niveau te handhaven, dat het elektronenkanon intrinsiek bezat.

Elektronen ondergaan een elektrostatische lenswer-king wanneer zij in een elektronenkanon worden versneld.

Bij het bekende verlichtingssysteem in elektronenmicroscopen of dergelijke kan niet een conditie,dat de aberratie van de elektrostatische lens in het elektronenkanon klein is, samen bestaan met een conditie, dat de aberratie van de condensorlens klein is. De sferische aberratie en de chromatische aberratie van de elektrostatische lens in het elektronenkanon zijn ongeveer tien maal zo groot als die van een magnetische lens, die bij een elektronenmicroscoop of dergelijke wordt gebruikt. Er wordt dan ook een magnetische lens aangebracht in de nabijheid van de elektronenbron met het oog op het reduceren van de aberratie van een elektronenkanon en om te zorgen voor de elektrostatische lenswerking, en de elektrostatische lenswerking wordt zo bestuurd, dat het systeem kan werken in een conditie, waarin de aberratie van de condensorlens klein wordt. Als gevolg daarvan wordt een elektronenbundel met hoge helderheid en grote stroom verkregen.

De elektronenkanonsystemen volgens de bovengenoemde bekende techniek benutten een enkeltraps versnel-lingsbuis, die wordt gebruikt wanneer de versnellingsspan-ning laag is. De afstand van het elektronenversnellingsge-bied is dan ook kort en de elektrostatische lenswerking is zwak. Omdat verder de afstand tussen de condensorlens en de elektronenbron ook kort is, is ook de aberratie, die wordt veroorzaakt door de bundelafmeting door de condensorlens te verkleinen, gering. Aldus ontstond geen wezenlijk probleem bij de bekende elektronenkanonsystemen met de enkeltraps versnellingsbuis, gebruikt onder de conditie van een lage versnellingsspanning. Een elektronenkanonsysteem met veld-emissie en een gesuperponeerd magnetisch veld, met een meertraps versnellingsbuis, gebruikt onder de conditie van een hoge versnellingsspanning, bracht echter problemen met zich mee. Wanneer namelijk het reële beeld van een elektronenbron met veldemissie wordt gevormd in de voortgangs-richting van een elektronenbundel door een magnetische lens, zoals beschreven in JP-A-59 42748, maakt een sterke elektrostatische lenswerking de hoek van inval op de condensorlens groot. Ook is, bij het elektronenkanonsysteem met veldemissie en een gesuperponeerd magnetisch veld, dat een meertraps versnellingsbuis gebruikt, de afstand tussen de elektronenbron met veldemissie en de condensorlens lang, omdat het versnellingsgebied van de elektronen lang is, en daardoor is er een sterkere mate van verkleining van de bundelafmeting door de condensorlens nodig om de vorming van een bundelvlek door de condensorlens mogelijk te maken. Dit leidt tot achteruitgang van de helderheid als gevolg van sferische aberratie van de condensorlens. Aldus is een conditie in een elektronenkanonsysteem met veldemissie een gesuperponeerd magnetisch veld met meertraps versnellingsbuis voor het verkrijgen van een elektronenbundel van hoge helderheid en grote stroom door het verlichtingssysteem in de combinatie van het elektronenkanon met de condensorlens verschillend van die bij het elektronenkanon met veldemissie met enkeltraps versnellingsbuis. Verder wordt, bij het elektronenkanonsysteem volgens de genoemde bekende techniek, geen overweging gemaakt met het oog op het ongewijzigd houden van de verlichtingscondities zoals de vlekpositie van de elektronenbundel en de divergentiehoek van de bundel, wanneer de werkcondities van het elektronenkanon, zoals de veldemissiespanning en de versnellingsspanning, worden veranderd. Ook is er, in het geval van het veldemissie-elek-tronenkanonsysteem met gesuperponeerd magnetisch veld met gebruikmaking van de meertraps versnellingsbuis, omdat er een hogere spanning wordt gebruikt, een groot gevaar dat er een ontlading optreedt. Het is dan ook noodzakelijk te zorgen voor een constructie van de energiebron, die geen beschadiging zal ondergaan zelfs bij het optreden van de ontlading aan het elektronenkanon of de hoogspanningsbron-nen. Wanneer echter de bekende constructie wordt gebruikt voor een energiebron voor het aanleggen van een veldemissiespanning, een energiebron voor het aanleggen van een spanning aan een versnellingselektrode voor de eerst trap, en een energiebron voor het aanleggen van spanningen aan versnellingselektroden van de tweede tot de laatste trap, bestaat er een probleem doordat het moeilijk is een beschermende maatregel te nemen om de ontlading tegen te gaan, omdat er een grote mogelijkheid ontstaat, dat een ontladingsstroom vloeit tussen meerdere energiebronnen wanneer de uitgang van elke energiebron door de ontlading wordt kortgesloten.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een veldemissie-elektronenkanonsysteem met gesuperponeerd magentisch veld, met een meertraps versnellingsbuis, te realiseren, dat op uitstekende wijze kan werken of dat in staat is de verlichtingsomstandigheden ongewijzigd te houden, zelfs bij verandering van de werkomstandigheden van het elektronenkanon, en met een zeer sterke constructie van de energiebron die moeilijk wordt beschadigd, zelfs bij het optreden van een ontlading aan het elektronenkanon en/of de energiebronnen, en in staat om altijd en stabiel een elektronenbundel met hoge helderheid en grote stroom te verkrijgen, zelfs als het elektronenkanon wordt gecombineerd met een condensorlens.

Dit doel kan worden bereikt door een systeem van de aangegeven soort, dat geconstrueerd is zoals getekend in fig. 1 en gekenmerkt 1) doordat een virtueel beeld van een veldemissie-elektro-nenbron 4 tot 10 maal zo groot is als de veldemissie-elek-tronenbron wordt geproduceerd door het gebruik van een magnetische lens, en een reëel beeld van de veldemissie-elektronenbron dat 0,3 tot 3 maal zo groot is als het virtuele beeld, wordt gevormd door een elektrostatische lens, 2) doordat een stroom I die vloeit door een spoel die de magnetische lens vormt, wordt veranderd, gekoppeld met een veldemissiespanning V^, zodat de verhouding van de sterkte IN (N = het aantal wikkelingen van de spoel) van de magnetisatie van de spoel en de wortel uit de veldemissiespanning V^ een bepaalde waarde aanneemt binnen een gebied van 7 _< IN/12, en een aan een versnellingselektrode in een eerste staat aangelegde spanning V^ wordt veranderd, gekoppeld met de veldemissiespanning zodanig, dat de verhouding tussen en Vj een bepaalde waarde aanneemt binnen een gebied van 5 _< ^2^1 — 1*-*, en 3) doordat een energiebron (bron V^) voor het leveren van de veldemissiespanning l/^, een energiebron (brond Mvoor het aanleggen van de spanning \l^ aan de versnellingselektrode van de eerste trap, en een energiebron (bron l/g) voor het aanleggen van bepaalde spanningen aan versnellingselektroden van de tweede tot de laatste trap, allemaal met elkaar in serie zijn verbonden.

Funktionele effekten die geleverd worden door de bovengenoemde maatregelen volgens de uitvinding kunnen ruwweg als volgt worden vermeld.

Wanneer een potentiaal φ verandert van φ(0) = φ^ tot φ(ί) = in een lengtegebied L, kan de in dat gedeelte geproduceerde elektrostatische lenswerking worden voorgesteld door

(1) waarin f^ de brandpuntsafstand is van de elektrostatische lens aan de zijde van het beeldvlak, is dφ/dz en de z-as is de voortgangsrichting van de elektronen. Zoals hieruit blijkt, wordt de elektrostatische lenswerking groot op een plaats waar de potentiaal φ laag is en de potentiaalgra-diënt φ' langs de z-as groot is. In het elektronenkanon is namelijk de elektrostatische lenswerking geconcentreerd tussen de veldemissie-elektrode en de versnellingselektrode van de eerste trap. Omdat de potentiaalgradiënt tussen de veldemissie-elektrode en de versnellingselektrode van de eerste trap bij benadering constant gemaakt kan worden, kan fj constant gemaakt worden als constant wordt gehouden. De lenswerking kan namelijk worden geregeld door de waarde van

Het is bekend, dat de lenswerking van een magnetische lens goed kan worden benaderd door de volgende3 experimentele vergelijking

(2) waarin de brandpuntsafstand is wan de magnetische lens aan de zijde van het beeldvlak ervan, I de stroom die vloeit door een spoel, die de magnetische lens vormt, N het aantal wikkelingen van de spoel, V de versnellingsspanning van de elektronen, D de diameter van het gat van een magnetische pool van de lens en L de afstand tussen de onderste en de bovenste magnetische pool van de lens ('of de spleetlengte) . De lenswerking van de magnetische lens kan worden bestuurd door de waarde van IN/ \f\f te veranderen.

Fig. 2 toont een voorbeeld van het verband tussen de aberraties van een elektrostatische lens en een condensorlens en de waarde van V^/V^, uitgezet voor het bekende veldemissie-elektronenkanonsysteem, dat een meertraps versnellingsbuis gebruikt. In fig. 2 is langs de horizontale as de waarde van uitgezet en langs de vertikale as de verhouding Δ van de veeg (spreiding van de vlekafmeting) die geïnduceerd wordt door de sferische aberratie of chromatische aberratie van elke lens en de vlekafmeting zonder aberratie. Wanneer de verhouding van de door aberratie teweeggebrachte veeg (spreiding van de vlekafmeting) en de vlekafmeting zonder aberratie groot wordt, wordt de helderheid verlaagd. In het getekende voorbeeld ziet men uit de figuur, dat geen voldoende helder-heid en bundelstroom verkregen kunnen worden als gevolg van de aberratie van de condensorlens tenzij het systeem wordt gebruikt binnen het gebied ^2^1 = H-·^· Omdat echter onder die omstandigheid \l^ stijgt tot 60 a 80 KV, is de realisatie van deze conditie moeilijk wanneer rekening wordt gehouden met het gevaar van een ontlading en/of de constructie van de energiebronnen. Wanneer anderzijds de waarde ^2^1 klein is, wordt de besturing van de elektrostatische lenswerking klein, omdat de elektrostatische lenswerking in het versnel-lingsgebied van de tweede trap sterk wordt. Een gebied van waarden van ^at 9emakkelijk gerealiseerd kan worden, is van 5 tot 10. Bij de onderhavige uitvinding kan een elektronenbundel met vergrote helderheid en grote stroom worden verkregen omdat de aberratie van de elektrostatische lens klein wordt gemaakt door °P lage waarde te houden en te zorgen voor de elektrostatische lenswerking als gevolg van de magnetische lens, die aangebracht is in de buurt van de elektronenbron, en doordat de magnetische lens zo werkt, dat de aberratie van de condensorlens klein wordt.

Fig. 3 toont een voorbeeld van het verband tussen de aberraties van een magnetische lens, een elektrostatische lens en een condensorlens, en de werkomstandigheden van de magnetische lens, uitgezet voor een veldemissie-elek-tronenkanonsysteem met gesuperponeerd magnetisch veld, waarin een meertraps versnellingsbuis wordt gebruikt. In de figuur is langs de horizontale as de vergroting uitgezet van een door de magnetische lens gevormd virtueel beeld, samen met de brandpuntsafstand van de magnetische lens en de waarde van IN /sTu^ op dat moment, en langs de vertikale as de verhouding A tussen de door de sferische aberratie of de chromatische aberratie van elke lens teweeggebrachte veeg en de vlekafmeting zonder aberratie. In het getekende voorbeeld ziet men uit de figuur, dat de invloed van de aberratie het minste is in de buurt van een gedeelte waar de vergroting van het virtuele beeld gelijk is aan 6. Wanneer rekening wordt gehouden met de bovenvermelde aberratie van de condensorlens, zijn gunstige condities voor elke lens met het oog op de hoek van inval en de vergroting om een virtueel beeld van de elektronenbron te vormen, dat 4 tot 10 maal zo groot is als de elektronenbron door de magnetische lens, en om een reëel beeld te vormen van de elektronenbron, dat 0,3 tot 3 maal zo groot is als het virtuele beeld tussen het midden van de versnellingsbuis en de condensorlens door de elektrostatische lens waar ligt tussen 5 en 10. Onder die omstandigheden kunnen Δvoor het elektronenkanon, A voor de condensorlens en A voor de diffractie-aberratie in hoofdzaak onderling gelijk worden gemaakt om de aberratie van het totale verlichtingssysteem minimaal te maken, om het daardoor mogelijk te maken de hoogste helderheid en de grootste stroom te verkrijgen.

Vervolgens zal de constructie uiteengezet worden van een veldemissie-elektronenkanonsysteem met gesuperpo-neerd magnetisch veld met een meertraps versnellingsbuis volgens de onderhavige uitvinding. De afmetingen en funktie van elk van de onderdelen van het elektronenkanonsysteem kunnen worden bepaald uit de optimale omstandigheden voor het gebruik van het veldemissie-elektronenkanonsysteem met gesuperponeerd magnetisch veld met meertraps versnellingsbuis, welke omstandigheden hierboven beschreven zijn aan de hand van fig. 3. In het geval van het veldemissie-elektro-nenkanonsysteem met gesuperponeerd magnetisch veld en met een meertraps versnellingsbuis, is, omdat het virtuele beeld van de elektronenbron, anders dan in het geval van het bekende systeem met de enkeltraps versnellingsbuis, een sterk magnetisch veld, zoals dat bij het bekende systeem voor de magnetische lens vereist is, niet nodig. Wat betreft de afmetingen van de magnetische lens: de diameter van een gat in de bovenste magnetische pool kan 4 tot 10 mm zijn. Wanneer de gatdiameter van de bovenste pool kleiner is dan 4 mm, kan geen hoge helderheid worden verkregen als gevolg van aberratie buiten de as, tenzij de 'as van de elektronenbron en de as van de magnetisch lens onderling gericht zijn met een nauwkeurigheid kleiner dan 50yU.m. Maar het bereiken van een zodanige precisie is moeilijk. Wanneer anderzijds groter is dan 10 mm, is het magnetische veld zo zwak, dat de afmeting van de spoel en de capaciteit van de energiebron voor de magnetische lens op ontoelaatbare wijze moeten worden opgevoerd. Wat betreft de spleetlengte L tussen de bovenste magneetpool en de onderste magneetpool van de magnetische lens is een gebied < L <D£ (D^ = de diameter van een gat in de onderste pool) geschikt wanneer rekening wordt gehouden met de vereiste magnetische veldsterkte en de grootte van een magnetisch lekveld. Om de aberraties van de magnetische lens en de elektrostatische lens minimaal te maken, is het noodzakelijk de afstand tussen de elektronenbron en de magnetische lens, en de afstand tussen de elektronenbron en de elektrostatische lens zo kort mogelijk te houden. Om het hoofdvlak van de magnetische lens zo dicht mogelijk bij de elektronenbron te kunnen laten komen, wordt de gatdiameter in de onderste pool groter gemaakt dan de gatdiameter D ^ in de bovenste pool. Ook wordt, om de afstand tussen de elektronenbron en de elektrostatische lens zo kort mogelijk te maken, de afstand tussen de elektronenbron en een voor de elektronenbundel doordringbaar gat, dat aangebracht is in de onderste pool van de magnetische lens of een oppervlak van de veld-emissie-elektrode tegenover de versnellingselektrode van de eerste trap, gehouden op een waarde niet groter dan 20 mm. Omdat de werkomstandigheden en dimensies van de magnetische lens aldus vastgelegd zijn, kan uit de vergelijking (2) worden afgeleid, dat de waarde van IN/v/v^ bij voorkeur ligt in een gebied van. 7 tot 12.

Fig. 4 toont een voorbeeld van de uitkomsten van een berekening van de positie van een beeld van de elektronenbron in het geval waarin de veldemissiespanning V^ wordt veranderd bij het veldemissie-elektronenkanonsysteem met gesuperponeerd magnetisch veld met meertraps versnellings-buis, geconstrueerd zoals getekend in fig. 1. In de figuur is langs de horizontale as de afstand FP uitgezet tussen de elektronenbron en het beeld ervan, waarbij de voortgangs-richting van de elektronen wordt genomen als positieve richting van de afstand FP, terwijl langs de vertikale as de veldemissiespanning V^. is uitgezet. Een in fig. 4 door A aangegeven gebied is een gebied waarin zowel het elektro-nenkanon als de condensorlens kunnen worden gebruikt onder omstandigheden met geringe aberratie. Wanneer de veldemissiespanning V^ met 100 Volt wordt veranderd, wordt de positie van het beeld van de elektronenbron veranderd met 300 mm. Om de verlichtingsomstandigheden constant te houden, moeten tegelijk fijninstellingen worden gemaakt van de spoelstroom I en de spanning V^ die aangelegd moeten worden aan de versnellingselektrode van de eerste trap, in eenheden van 0,1 mA voor de spoelstroom en in eenheden van 10 Volt voor de spanning \i^. Verder kan de waarde van de correctie door de fijninstelling veranderen afhankelijk van de waarde van Vj. De uitvoering van die instellingen door hand- bediening is zeer ongemakkelijk, onpraktisch en is opmerkelijk nadelig voor de operabiliteit. Aan de voorwaarde dat de verlichtingsomstandigheden ongewijzigd gehouden worden, zelfs als de veldemissiespanning verandert, kan worden voldaan door de focusseringswerking op de elektronenbundel ongewijzigd te houden. Zoals uit het voorgaande blijkt, kan een verlichtingssysteem waarin zowel de elektrostatische focusseringswerking als de magnetische focusseringswerking ongewijzigd gehouden worden, worden gerealiseerd door M ^ en I te veranderen, gekoppeld met de verandering van V^ zodanig, dat en IN/ nTv^ resp. op bepaalde waarden worden gehouden.

Een voorbeeld waarin energiebronnen met elkaar in serie zijn verbonden, is getekend is fig. 1. Met zo'n constructie ontstaat er, zelfs in het geval waarin de uitgang van elke energiebron wordt kortgesloten door een ontlading, een grote mogelijkheid dat een ontladingsstroom slech-ts gesloten wordt door één energiebron, hetgeen beschermende maatregelen voor tegenontladingen vergemakkelijkt. Verder kunnen met deze constructie referentiepotentialen van de energiebron voor het aanleggen van de veldemissiespanning, de energiebron voor het aanleggen van de spanning aan de versnellingsbuis van de eerste trap en een energiebron voor het aanleggên van een spanning aan de magnetische lens van één plaats worden afgeleid, zodat de onderlinge koppeling van de energiebronnen gemakkelijk kan worden uitgevoerd.

De uitvinding zal hierna verder worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening.

Fig. 1 toont een doorsnede van een veldemissie-elektronenkanonsysteem met gesuperponeerd magnetisch veld en een meertraps versnellingsbuis volgens een uitvoering van de onderhavige uitvinding, genomen volgens de asrichting van het elektronenkanon en de figuur toont ook de verbinding van energiebronnen; fig. 2 is een grafiek, die een voorbeeld toont van het verband tussen de werkomstandigheden van een elektrostatische lens en de aberraties van de elektrostatische lens en een condensorlens, uitgezet voor het bekende veldemissie-elektronenkanonsysteem met meertraps versnellingsbuisj fig. 3 is een grafiek, die een voorbeeld toont van het verband tussen de werkomstandigheden van een magnetische lens en de aberratie van de magnetische lens, een elektrostatische lens en een condensorlens, uitgezet voor een veld-emissie-elektronenkanosysteem met gesuperponeerd magnetisch veld met meertraps versnellingsbuis, en fig. 4 is een grafiek van de berekeningsresultaten van de plaats van een beeld van een elektronenbron voor een veldemissie-elektronenkanonsysteem met gesuperponeerd magnetisch veld met meertraps versnellingsbuis wanneer de veldemissiespanning wordt veranderd.

In fig. 1 staat boven op het bovenste deel van een meertraps versnellingsbuis 30 een magnetisch lens met een flens 1, een juk 2 en een spoel 3. De meertraps versnellingsbuis of versnellingselektrode-inrichting 30 is voorzien van beschermingselektroden 50-54 die bevestigd zijn aan de buitenomtrek ervan en is geplaatst in een atmosfeer van sterk isolerend gas zoals zwavelhexafluoride om ontladingen te voorkomen. Het juk 2 is geconstrueerd door de bovenste en onderste magneetpool 6 resp. 7, bestaande uit metaal met een grote verzadigingsfluxdichtheid en een niet-magnetisch metaal 8. De bovenste en onderste pool 6 resp. 7 zijn door het niet-magnetische metaal 8 van elkaar geïsoleerd. Een isolator 4 en een bron 5 van veldemissie-elektronen zijn aan de flens 1 bevestigd. Het uiteinde (of puntige einde) van de veldemissie-elektronenbron 5 is geplaatst in de buurt van een gat in de bovenste pool 6. Tussen de elektronenbron 5 en de magnetische lens wordt een veldemissiespanning aangelegd uit een energiebron 22 voor de veldemissie. is een potentiaal, gezien vanuit de bron 5. In de onderhavige uitvoering dient de bovenste pool 6 ook als veldemissie-elektrode. Aan de spoel 3 wordt een spoelstroom I toegevoerd vanuit een energiebron 21 vcoor de lens. De bron 5 voor de veldemissie-elektronen is verbonden met een flitsenergie-bron 20, zodat hij kan worden verwarmd door middel van het vloeien van een elektrische stroom. Een versnellingselek- trode 10 voor de eerste trap is aangebracht tegenover de onderste pool 7. Een spanning, waarvan de potentiaal gezien vanuit de veldemissie-elektronenbron 5 is, wordt aangelegd aan de versnellingselektrode 10 vanuit een energiebron 23 voor De energiebron 21 voor de lens en de energiebron 23 voor V2 worden via een besturingsketen 24 zodanig bestuurd, dat er een koppeling is met de uitgangs-spanning \l^ van de energiebron 22 voor de veldemissie, zodanig dat IN/\/""\/^ (N = aantal wikkelingen van de spoel 3) en \l^/V1 resp. op bepaalde waarden worden gehouden. In de onderhavige uitvoering wordt de besturing zo gemaakt, dat IN/lfiTj en ^/^2 elke waarde kunnen aannemen in een gebied van 5 tot 10 resp. elke waarde in een gebied van 7 tot 12.

Er zijn drie trappen van versnellingselektrodes 11 tot 13 aangebracht onder de versnellingselektrode 10 van de eerste trap en daaraan worden afzonderlijke spanningen aangelegd door een spanningsdeelweerstand 31 (ongeveer 1 ΟΏ-) uit een energiebron voor V g, zodat de potentiaal van de versnellingselektrode 13 van de laatste trap Vg is, gezien vanuit de veldemissie-elektronenbron 3.

Onder de meertraps versnellingsbuis 30 is een verlichtingssysteem aangebracht, met een kamer 32 voor het elektronenkanon, een tussenkamer 33 en een condensorlens-inrichting 34. De elektronenkanonkamer 20 wordt leeggezogen door een ionenpomp 35 tot 10 - Pa. Er is een differentieel afzuigdiafragma 37 aangebracht tussen de elektronenkanonkamer 32 en de tussenkamer 33, en een scheidingsklep 38 tussen de tussenkamer 33 en de condensorlensinrichting 34. Met zo'n constructie gaan elektronen, die uitgezonden worden vanuit de veldemissie-elektronenbron 5 door de veldemissie-spanning \I^ door de gaten van de bovenste pool 6 en de onderste pool 7 van de magnetische lens en worden zij tot een bepaalde energie versneld door de versnellingselektrode 10 van de eerste trap en de volgende versnellingselektrodes 11 tot 13. Daarna gaan de versnelde elektronen door de elektronenkanonkamer 32, een afbuigjuk 36, het differentiële afzuigdiafragma 37, de tussenkamer 33, een condensordia-fragma 39 en een condensorlens 40 en komen zij terecht op een (niet-getekend) specimen.

Zoals uit het voorgaande duidelijk is, blijven volgens de uitvinding, zelfs als de veldemissiespanning V^ verandert bij gebruik van het elektronenkanonsysteem (bijvoorbeeld in het geval waarin het wenselijk is de bundelstroom te verhogen, of in het geval waarin het wenselijk is het flitsen overnieuw te doen), de verlich-tingscondities zoals de divergentiehoek van de bundel en de helderheid ervan onveranderd. Wanneer het elektronenkanonsysteem wordt gebruikt in een elektronenmicroscoop of dergelijke, geniet men een uitstekende operabiliteit omdat moeizame handelingen zoals opnieuw instellen van de helderheid niet nodig zijn. Ook is het moeilijk om de energiebronnen te beschadigen, zelfs als er een ontlading optreedt. Verder heeft de elektronenbundel, die verkregen wordt door het elektronenkanonsysteem met veldemissie volgens de uitvinding een helderheid die tweemaal zo groot is als de helderheid die wordt verkregen met het conventionele elektronenkanonsysteem met veldemissie en een bundelstroom die 20 maal zo groot is als de met het conventionele systeem verkregen bundelstroom.

Claims (6)

1. Elektronenkanonsysteem met veldemissie, met een meertraps versnellingsbuis, omvattend; - een bron van veldemissie-elektronen; - een veldemissie-elektrode om de elektronen te extraheren; - een magnetische lens met een magnetische spleet tussen de bron van veldemissie-elektronen en de veldemissie-elektrode of een magnetische lens met een magnetische pool, die ook dient als veldemissie-elektrode; - een versnellingselektrode-inrichting met tenminste twee trappen van versnellingselektroden om de elektronen te versnellen; gekenmerkt door: - stroomkoppelingsmiddelen om een magnetisatiestroom I voor de magnetische lens te veranderen, gekoppeld met een spanning V^ die aangelegd is tussen de bron van veldemissie-elektronen en de veldemissie-elektrode zodat IN/\f\/"^ een bepaalde waarde aanneemt, waarin N het aantal wikkelingen van de magnetische lens is, en - spanningskoppelmiddelen om een spanning \l^ te veranderen die wordt aangelegd tussen de bron van veldemissie-elektronen en de versnellingselektrode van de eerste trap van de versnellingselektrode-inrichting, gekoppeld met de spanning die aangelegd wordt tussen de bron van veldemissie-elektronen en de veldemissie-elektrode zodanig dat een bepaalde waarde aanneemt.

2, Elektronenkanonsysteem met veldemissie met een meertraps versnellingsbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voldaan is aan de betrekkingen 4 mm <_ < 1G mm, <C>2 _< 20 mm en _< L <_ waarin de diameter is van een gat in een magnetische pool van de magnetische lens aan de zijde waar de elektronenbundel invalt, D2 de diameter van een magnetische pool van de magnetische lens aan de zijde waar de elektronenbundel hem verlaat en L de lengte van een luchtspleet tussen de magnetische polen in een baan van de elektronenbundel.

3. Elektronenkanonsysteem met veldemissie met een meerstraps versnellingsbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de waarde van IN/\J\I^ ligt in het gebied van 7 tot 12 en de waarde van ligt in het gebied van 3 tot 10.

4. Elektronenkanonsysteem met veldemissie met een meertraps versnellingsbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een afstand tussen de bron van veldemissie-eletronen en een voor de elektronenbundel doordringbaar gat dat aangebracht is in de onderste magnetische pool van de magnetische lens of een oppervlak van de veldemissie-elek-trode dat afgekeerd is van de versnellingselektrode van de eerste trap niet groter is dan 20 mm.

3. Elektronenkanonsysteem met veldemissie met een meertraps versnellingsbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een energiebron voor het aanleggen van een spanning tussen de bron van veldemissie-elektronen en de veldemissie-elektrode, een energiebron voor het aanleggen van een spanning aan de versnellingselektrode van de eerste trap en een energiebron voor het aanleggen van spanningen aan de versnellingselektroden van de tweede tot de laatste trap van de versnellingselektrode-inrichting met elkaar in serie zijn verbonden en een energiebron voor de lens, voor het toevoeren van een stroom aan de magnetische lens, zweeft op dezelfde potentiaal als de veldemissie-elektrode.

6. Elektronenkanonsysteem met veldemissie, met een meertraps versnellingsbuis, omvattend: - een bron van veldemissie-elektronen; - een veldemissie-elektrode om de elektronen te extraheren; - een magnetische lens met een magnetische spleet tussen de bron van veldemissie-elektronen en de veldemissie-elektrode of een magnetische lens met een magnetische pool, die ook dient als veldemissie-elektrode; - tenminste twee trappen van versnellingselektroden om de elektronen te versnellen, en gekenmerkt door een elektronisch optisch systeem waarin een virtueel beeld van de elektronenbron, dat 4 tot 10 maal zo groot is als de elektronenbron, wordt gevormd door de magnetische lens en een reëel beeld van de elektronenbron, dat 0,3-3 maal zo groot is als het virtuele beeld, wordt gevormd door een elektrostatische lens.