CN113646864A - 电子源以及带电粒子线装置 - Google Patents

Abstract

使得从带电粒子线装置的电子枪稳定地放出大电流的电子线。具备电子枪，其具有：SE尖端(202)、配置在比SE尖端的前端更靠后方的抑制器(303)；和由底面和筒部构成的杯子形状的引出电极(204)，在引出电极中内含SE尖端和抑制器，在抑制器与引出电极之间具有保持它们的绝缘子(208)，在抑制器与引出电极的圆筒部之间设置具有圆筒部(302)的导电性金属的遮蔽电极(301)，对该遮蔽电极施加比SE尖端低的电压。

Description

电子源以及带电粒子线装置

技术领域

本发明涉及供给对样品照射的电子线的电子源和利用其的带电粒子线装置。

背景技术

带电粒子线装置是如下那样的装置：对样品照射电子线那样的带电粒子线，通过检测从样品放出的透过电子、二次电子、反射电子、X射线等来生成样品的观察图像。所生成的图像谋求空间分辨率高、重复生成的情况下的再现性良好。为了实现这些，需要使所照射的电子线的亮度高、电流量稳定。作为放出这样的电子线的电子枪之一，存在肖特基电子枪(Schottky Emission Electron Gun(肖特基发射电子枪)：以下称作SE电子枪)。在专利文献1中记载了SE电子枪的结构的一例。

近年，推进了半导体器件、前沿材料的高等级化，对进行它们的检查、测量的带电粒子线装置谋求在短时间内观察大量的样品、同一样品上的大量的点，从而提高生产能力。该短时间的观察能通过使得从电子枪放出大电流从而缩短图像的生成所需的时间来实现。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开平8-171879号公报

发明内容

发明要解决的课题

作为发明者们研究的结果可知，若使记载于专利文献1的SE电子枪放出大电流，就会不规则地发生许多次极其微小的放电(以下：微小放电)，电子线的电流量会变动。在这样的电流变动时生成的图像，其空间分辨率劣化，成为得不到再现性的图像。在检查、测量装置中的高空间分辨率观察中，要求0.1nm精度的再现性，因此不能容许微小放电导致的空间分辨率的变化，直接关系到装置性能的降低。另外，由于微小放电的产生定时、放电导致的电流变动的大小是随机的，因此在系统上难以进行微小放电的产生预测、空间分辨率劣化的修正。关于这样的大电流放出时的课题，专利文献1中并未记载。

本发明的目的在于，提供能抑制微小放电且稳定地放出大电流的电子线的电子源和利用其的带电粒子线装置。

用于解决课题的手段

为了达成上述的目的，在本发明中，提供如下结构的带电粒子线装置，具备电子枪，其具有：尖端；配置在比尖端的前端更靠后方的抑制器；由底面和筒部构成且内含尖端和抑制器的引出电极；保持抑制器和引出电极的绝缘子；和设于抑制器与引出电极的筒部之间的导电性金属，对导电性金属施加比尖端低的电压。

另外，为了达成上述的目的，在本发明中，提供如下结构的带电粒子线装置，具备电子枪，其具有：尖端；配置在比尖端的前端更靠后方的抑制器；保持抑制器的导电性的支承部；由底面和筒部构成且内含尖端和抑制器的引出电极；保持支承部和引出电极的绝缘子；和设于支承部与引出电极的筒部之间的导电性金属，对导电性金属施加比尖端低的电压。

进而，为了达成上述的目的，在本发明中，提供如下结构的电子源，具备：尖端；配置在比尖端的前端更靠后方的抑制器；保持与尖端电连接的端子和抑制器的绝缘子；和设于抑制器的侧面的导电性金属。

发明的效果

根据本发明，能提供能稳定地放出大电流的电子线的电子源和利用其的带电粒子线装置。

附图说明

图1是实施例1所涉及的带电粒子线装置的一例的扫描电子显微镜的概略图。

图2是说明现有的SE电子枪的周边的结构的概略图。

图3A是说明实施例1的SE电子枪的周边的结构的概略图。

图3B是表示实施例1的SE电子枪的电子源的一结构例的立体图。

图4是说明在SE电子枪产生微小放电时的电子线的电流变化的图。

图5是说明在SE电子枪产生微小放电的机制的概略图。

图6是说明在实施例1的SE电子枪防止微小放电的机制的概略图。

图7是说明实施例2的SE电子枪的周边的结构的概略图。

图8是说明实施例3的SE电子枪的周边的结构的概略图。

图9是说明实施例4的SE电子枪的周边的结构的概略图。

图10是说明实施例5的SE电子枪的周边的结构的概略图。

图11是说明实施例6的SE电子枪的周边的结构的概略图。

图12是说明实施例7的SE电子枪的周边的结构的概略图。

图13是说明实施例8的SE电子枪的周边的结构的概略图。

图14是说明实施例9的SE电子枪的周边的结构的概略图。

具体实施方式

以下使用附图来依次说明本发明的电子源以及带电粒子线装置的种种实施例。作为带电粒子线装置，存在电子显微镜，其对样品照射电子线，通过检测从样品放出的二次电子、反射电子来生成样品的观察图像。以下，作为带电粒子线装置的一例来说明扫描电子显微镜，但本发明并不限定于此，还能适用于其他带电粒子线装置。

实施例1

实施例1是如下结构的扫描电子显微镜的实施例，具备电子枪，该电子枪具有：尖端(tip)；配置在比尖端的前端更靠后方的抑制器(suppressor)；由底面和筒部构成且内含尖端和抑制器的引出电极；保持抑制器和引出电极的绝缘子；和设于抑制器与引出电极的筒部之间的导电性金属，其构成为对导电性金属施加比尖端低的电压。

使用图1来说明本实施例所涉及的扫描电子显微镜的整体结构。扫描电子显微镜对样品112照射电子线115，检测从样品放出的二次电子、反射电子等来生成样品的观察图像。对样品上扫描会聚的电子线，将被照射电子线的位置和二次电子等的检测量建立关联来生成该观察图像。

扫描电子显微镜具备筒体125和样品室113，将筒体125的内部从上方起分成第一真空室119、第二真空室126、第三真空室127和第四真空室128。在各个真空室的中央有电子线115穿过的开口，各真空室的内部通过差动排气维持在真空。以下说明各真空室。

第一真空室119用离子泵120和非蒸发吸气(Non-Evaporable Getter：NEG)泵118进行排气，使压力成为10^-8pa级别的超高真空，更优选成为10^-9Pa以下的极高真空。特别是NEG泵118在极高真空下具有高的排气速度，能得到10^-9Pa以下。

在第一真空室119的内部配置SE电子枪101。SE电子枪101被保持在绝缘子116，与筒体125电绝缘。在SE电子枪101的下方配置控制电极102。从SE电子枪101放出电子线115，最终对样品112照射，由此得到观察图像。SE电子枪101的结构的细节之后叙述。

第二真空室126用离子泵121进行排气。在第二真空室126配置加速电极103。第三真空室127用离子泵122进行排气。在第三真空室127配置会聚透镜110。

第四真空室128和样品室113用涡轮分子泵109进行排气。在第四真空室128配置检测器114。在样品室113配置物镜111和样品112。

以下说明各结构的作用、和直到从SE电子枪101放出的电子线115生成观察图像为止的工序。

对控制电极102施加控制电压，在SE电子枪101与控制电极102之间做出静电透镜。用该静电透镜将电子线115会聚，调整成所期望的光学倍率。

相对于SE电子枪101，在加速电极103施加0.5kV到60kV程度的加速电压，将电子线115加速。加速电压越低，则给样品带来的损伤越减少，另一方面，加速电压越高，则空间分辨率越提升。会聚透镜110将电子线115会聚，调整电流量、开度角。另外，会聚透镜可以设置多个，也可以配置于其他真空室。

最后，用物镜111将电子线115缩小成微小斑点，在样品112上扫描的同时进行照射。这时，从样品放出反映了表面形状、材质的二次电子、反射电子、X射线。通过用检测器114检测它们，来得到样品的观察图像。检测器可以设置多个，也可以配置于样品室113等其他真空室。

使用图2来说明现有的SE电子枪201的周边的结构。现有的SE电子枪201主要由SE尖端202和抑制器203、引出电极204构成。

SE尖端202是钨<100>方位的单晶，其前端不足曲率半径0.5μm地尖锐化。在单晶的中段涂布氧化锆205。SE尖端202焊接在丝极206。丝极206的两端分别与端子207连接。两个端子207被保持在绝缘子208，分别电绝缘。两个端子207在与SE尖端202的同轴方向上延伸，经由未图示的馈通与电流源连接。在端子207稳态地流过电流，通过将丝极206通电加热，来将SE尖端202从1500K加热到1900K。在该温度下，氧化锆205在SE尖端202的表面扩散移动，被覆至位于电子源前端的前端中央的(100)结晶面。(100)面的特征在于若被氧化锆覆盖则功函数就减低。其结果，从被加热的(100)面放出热电子，得到电子线115。将放出的电子线的总量称作发射电流，典型地是50μA程度。

抑制器203是圆筒金属，配置成覆盖SE尖端202的前端以外。抑制器203的圆筒和SE尖端202在轴方向上平行地延伸，嵌合保持在绝缘子208。抑制器203和端子207通过绝缘子208电绝缘。相对于SE尖端202，对抑制器203施加-0.1kV到-0.9kV的抑制器电压。SE尖端202的特征在于，从其侧面也放出热电子。但通过对抑制器203施加这样的负的电压，防止从侧面出去的无用的热电子的放出。

SE尖端202的前端典型地从抑制器203突出0.25mm程度而配置。通过如此地进行1mm以下的精密的定位，仅突出微小的距离，来仅使SE尖端202的前端贡献于电子线的放出，并且极力减低来自侧面的无用的电子的放出量。另外，若突出长度是0.25mm程度，则根据后述的引出电压的结构，存在能对电子源前端施加充分的电场的优点。

引出电极204是底面和圆筒一体构成的杯子形状的金属圆筒，使其底面与SE尖端202对置配置。引出电极204与绝缘子210嵌合而被保持，与抑制器203电绝缘。相对于SE尖端202，对引出电极204施加+2kV程度的引出电压。由于SE尖端202的前端被尖锐化，因此在前端集中高的电场。所施加的电场越高，则由于肖特基效果，表面的实际有效的功函数越降低，能放出更多的电子线。

SE尖端202与引出电极204的底面的距离典型地设为0.5mm程度。通过以如此窄的距离进行组装，即使是低的引出电压也能对电子源前端施加充分高的电场。在引出电极204的底面设置孔径209，将穿过这里的电子最终利用在图像的生成中。在孔径209使用钼的薄板等，孔径209的开口的直径典型地是0.1mm到0.5mm程度。通过减小开口，来防止无用的电子穿过孔径，防止观察图像劣化。

SE尖端202使用高精度夹具定位在绝缘子208的中心轴上并进行焊接。绝缘子208的外周和抑制器203的内周、抑制器203的外周和绝缘子210的内周、绝缘子210的外周和引出电极204的内周分别以10μm级别的嵌合进行组装。因此，SE尖端202、抑制器203和引出电极204成为高精度的同轴结构，还能进行电极间的精密的定位。

由于SE尖端202和抑制器203是同轴结构，抑制器203在SE尖端202的近旁做出的电位分布变得均匀。其结果，能遍及全方向均匀地抑制要从SE尖端202的侧面放出的无用的电子。此外，从SE尖端202放出的电子不会被空间中的不均匀的电位弯曲，能在轴上放出电子线。

通过使SE尖端202和引出电极204成为同轴结构，能将孔径209也配置在同轴上。其结果，不再担心由于孔径209位置偏离而妨碍所放出的电子的穿过，得不到电子线。此外，孔径209赋予SE尖端202的前端的电场分布变得均匀，能在轴上放出电子线。

如此地，SE电子枪为了实现从电子源前端的有效率的电子线的放出、从电子源侧面的无用的电子放出的抑制、和电子枪空间内的均匀的电位分布，需要以1mm以下的小的尺寸高精度地组装。因此，SE电子枪的内部的特征在于，具有非常窄的空间，在这当中维持kV级别的电压差。

使用图3A、图3B来说明本实施例的SE电子枪101的周边的结构、其电子源的结构。本实施例的电子枪的特征在于，包含电子源，其具备SE尖端202、丝极206、绝缘子208、具有由导电性金属新构成的遮蔽电极301的抑制器303，进而，使用具有阶梯差的绝缘子310，在绝缘子310的下表面与引出电极204的圆筒的内周面之间设置空隙311。本实施例的电子源是如下结构的电子源，具备：SE尖端202；配置在比尖端的前端更靠后方的抑制器303；保持与尖端电连接的端子207和抑制器的绝缘子208；和设置于抑制器的侧面且被施加比尖端低的电压的由导电性金属构成的遮蔽电极301。另外，相同记号的结构意味着与前述相同的结构，省略说明。

如图3A所示那样，在绝缘子310的底边设置阶梯差，为了方便而将配置于下方(电子线115的行进方向)的面称呼为下表面312，将上方的面称呼为上表面313。下表面312配置于抑制器301侧，上表面313设于引出电极204侧。由此，在绝缘子310的下表面312与引出电极204的内周面之间设置空隙311。

如图3A、图3B所示那样，在抑制器303的侧面设置一体地构成的由导电性金属形成的遮蔽电极301。抑制器303的侧面的圆筒部在SE尖端202的轴方向上延伸，与绝缘子310嵌合保持。遮蔽电极301设于该抑制器303的圆筒部的侧面，向侧方突出。换种说法，遮蔽电极301具有在与SE尖端202的轴方向垂直方向上延伸的结构。另外换种说法，遮蔽电极301配置于抑制器303与引出电极204的圆筒部之间。遮蔽电极301与引出电极204的电压差通过两者之间的真空而得以保持，被电绝缘。

遮蔽电极301还具有向绝缘子310侧延伸的圆筒部302。该圆筒部302的上端延伸到空隙311。遮蔽电极301的圆筒部302具有与引出电极204的圆筒相同的轴，在平行方向上伸展。典型地，引出电极204的圆筒由于在SE尖端202的轴方向上延伸，因此圆筒部302也在SE尖端202的轴方向上延伸。其结果，绝缘子310的下表面312被遮蔽电极301和圆筒部302覆盖，成为看到引出电极204的结构。另外，包含圆筒部302的遮蔽电极301不与绝缘子310接触，防止在遮蔽电极301的表面集中无用的电场。对遮蔽电极301的外周侧面施加抑制器电压与引出电压的差压。因此，遮蔽电极的侧面由曲面、平面构成，防止无用的电场集中。通过本结构来防止微小放电的作用将在之后叙述。另外，绝缘子208、绝缘子310也可以是玻璃等其他电绝缘材料。在本实施例的SE电子枪101中，将SE尖端202的前端曲率半径设为0.5μm以上，更适合设为1.0μm以上。在放出大电流的情况下，电子间的库伦相互作用发挥效力，若以现有的曲率半径放出大电流，电子线的亮度就会降低。通过加大SE电子源的前端曲率，来增加电子线的放出面积，降低表面的电流密度。其结果，库伦相互作用的效果变弱，防止大电流时的亮度降低。

在使用前端曲率半径0.5μm的情况下，通过将发射电流设为300μA以上，能得到现有的曲率半径下得不到的高亮度。为了得到该发射电流，引出电压典型地使用3kV以上。在使用前端曲率半径1μm的情况下，通过将发射电流设为600μA以上，来得到现有技术以上的亮度。为了得到该发射电流，引出电压典型地设为5kV以上。

若对引出电极204、孔径209等的金属材料照射电子，就放出电子碰撞脱离气体。电子碰撞脱离气体的放出量与所照射的电流量以及所施加的引出电压成正比地增加。因此，若从SE尖端202在高的引出电压下以300μA、500μA以上的大电流放出发射电流，就会产生比现有技术多1个数量级以上的电子碰撞脱离气体，使得图1所示的真空室119的压力变差。若压力成为10^-7Pa级别，就会由于在SE尖端202的表面加入了损伤而形状崩溃，有损害电流的稳定性的情况。但本实施例的电子显微镜用排气速度大的NEG泵118和离子泵120将真空室119排气。因此，即使放出大电流，也抑制了压力的变差，能将真空室119的压力维持在10^-8Pa级别以下。因此，具有不在SE尖端202的表面加入损伤、即使是大电流也能得到稳定的电子线的效果。

以下使用图4到图6来说明本实施例的SE电子枪101防止微小放电的作用。

使用图4来说明产生微小放电时的电子线的电流变化。微小放电瞬间产生，如该图4所显而易见的那样，在1秒以下的短时间终结。这时，电子线的电流量瞬间减少，之后回到原本的电流量。虽然存在第一真空室的压力与微小放电同时地瞬间上升的情况，但这样会在数秒以内回到原本的压力。

在电子枪中视作问题的放电一般是被称作闪络、击穿的种类，其是以下那样的大的放电：若一旦发生，就会出现电子源的熔化损失、高电压电源的破损、绝缘子的绝缘击穿等，只要不更换它们就不能再度得到电子线。另一方面，微小放电的特征在于，虽然电流暂时减少但之后能继续得到电子线，是比较轻度的放电。另外，现有的放电例如在对引出电极施加+10kV程度的高的引出电压的情况下产生。另一方面，该微小放电即使进行同样高的引出电压施加也不会产生，在除了施加引出电压以外还进行大电流的电子线放出的情况下才会初次产生，电流量越大，产生频度越多。另外，电流量越大，使微小放电产生的引出电压的阈值越低。微小放电具有与现有的放电不同的产生机制，可以说是不同的现象。以下为了与微小放电区别，过去将视作问题的放电称作大放电。

使用图5来说明在图2所示的现有的SE电子枪201中产生微小放电的机制。另外，电子枪由于具有轴对称的结构，因此仅图示单侧侧面。另外，示意地用虚线示出通过对尖端202和抑制器203、引出电极204分别施加的电压形成的空间中的电位分布510。

SE尖端202的前端从抑制器203突出，从存在于其侧面的{100}等效结晶面放出侧束(side beam)501。侧束501向斜向放出，与引出电极204碰撞。另外，从位于电子源的前端中央的(100)面放出的电子线115的一部分也与孔径209碰撞。这些与引出电极204、孔径209碰撞的电流量是发射电流的90％以上。SE电子枪的特征在于，从电子源放出的电流的大部分都照射到枪内的狭小空间。

若电子与引出电极204、孔径209等的金属材料碰撞，其一部分就作为反射电子向真空侧放出。反射电子的放出角具有扩展，一般具有以镜面反射分量为峰值的基于余弦定律的分布。另外，反射电子的能量也具有分布，具有在弹性散射中保存了入射时的能量的电子和在非弹性散射中失去了能量的电子。因此，反射电子一个一个具有不同轨迹。在此，作为代表性的示例，使用反射电子502来说明轨迹的概略。

从引出电极204放出的反射电子502向抑制器203的方向前进，但反射电子502的能量最大也就与引出电压相同，不能到达抑制器203。因此，被在电位分布的垂直方向上发挥效力的斥力推回，再度与引出电极502碰撞。反射电子502的一部分作为反射电子503而放出，与引出电极204的圆筒内面碰撞。反射电子503的一部分作为反射电子504而再放出，被抑制器203的电位分布推回，再度与引出电极204碰撞。反射电子504的一部分成为反射电子505，最终与绝缘子210碰撞。

绝缘子210的二次电子放出率比1大，若一个电子与绝缘子210碰撞，就放出比1个多的数量的二次电子。放出的二次电子506的能量小到数V，通过电位分布的斥力而到达引出电极204并被吸收。其结果，反射电子505所碰撞的绝缘子210的表面507的电子数减少，表面507带正电。

在抑制器203与绝缘子210的接触点511、与带正电的表面507之间的沿面形成比带电前高的电位差，两者的距离越近，就在接触点511施加越高的电场。其结果，在接触点511产生电场放出，放出大量的电子。该电子在受到电位分布的斥力的同时在绝缘子210的沿面、空间中移动，到达引出电极204。由于该电极间的电流移动而产生微小放电，由于电极间的电压差变化，电子线的电流量变动。

将以上汇总，若在SE电子枪放出大电流，就会对枪内的狭小空间内供给大量的电子。这些电子被形成于抑制器203与引出电极204之间的电位分布推回到引出电极，重复产生反射电子。该反射电子最终到达绝缘子210，使该表面局部地带正点。由于带正电的表面507与抑制器203之间的电压差增大而引起电场集中，发生微小放电。

使用图6来说明本实施例的SE电子枪101防止微小放电的机制。与现有的SE电子枪同样，在本实施例的SE电子枪101中，也是从SE尖端202放出的侧束501与引出电极204碰撞，使反射电子502放出。反射电子502通过在抑制器303与引出电极204之间做出的电位分布而受到斥力，从而被推回，与引出电极204再碰撞。之后，反射电子502也是重复从引出电极的放出和碰撞。

在此，在本实施例的SE电子枪101中，通过在抑制器303设置遮蔽电极301，抑制器电压所做出的负的电位分布扩展，反射电子变得难以到达绝缘子310。特别是，绝缘子310的下表面312通过用遮蔽电极301和其圆筒部302包围，反射电子不再能碰撞。反射电子最终在重复比现有技术更多的碰撞后，与绝缘子310的上表面313碰撞，使其表面517带正电。绝缘子310在底边设置阶梯差，上表面313和下表面312分开距离。因此，绝缘子310与抑制器303的接触点511、与带正电的表面517的沿面距离充分长，不会对接触点511施加高的电场。其结果，不发生电场放出，防止微小放电的产生。

作为本实施例的其他效果，使遮蔽电极301的圆筒部302具有与引出电极204的圆筒相同的轴，通过平行地延伸一定距离，有时会在圆筒部302与引出电极204的内周面之间形成窄的路径601。在该窄的路径601中，电位分布变窄，反射电子的飞行距离变短，由此进行大量的再碰撞。反射电子每当进行碰撞，其电子数会减少几成。由于再碰撞的次数增加而到达绝缘子310的反射电子的绝对数量减少，通过减少带电量来防止微小放电。

作为其他效果，通过将接触点511的周围用遮蔽电极301包围，其内部的电位分布变得均匀，电场变小。即使从接触点511放出电子，加到该电子的力也变小，电子到达引出电极204的概率小，难以产生微小放电。

作为其他效果，即使绝缘子310的底边的沿面距离延伸，电子在沿面移动而到达引出电极204的概率也变小，减低了微小放电。另外，也难以伴随沿面距离的延长而引起大放电。在本实施例的SE电子枪中，使用前端曲率半径0.5μm、1.0μm以上的SE尖端202，对引出电极204施加3kV、或5kV以上的引出电压。另外，在使用更大的前端曲率的SE电子源的情况下，引出电压增加，还会成为10kV以上。即使是这样的情况，也通过使绝缘子310的沿面距离延伸而减低沿面方向的电场，还减低了发生大放电的危险性。

作为其他效果，通过将抑制器303和遮蔽电极301一体地构成，不用追加部件件数，能维持单纯的结构。这有成本减低的优点。另外，与现有的SE电子枪同样，绝缘子208与抑制器303、绝缘子310、引出电极204能将各自嵌合地组装，能实现高精度的同轴结构和电极间的定位。其结果，在本实施例的电子枪101中，能实现从电子源的有效率的电子线的放出、从电子源侧面的无用的电子放出的抑制、和电子枪空间内的均匀的电位分布。

另外，由于电子碰撞脱离而从被照射电子线的金属产生离子。通过该离子的碰撞，也会使绝缘子210带正电，会以同样的机制引起微小放电。但根据本实施例的SE电子枪101，也能防止该离子引起的微小放电。

实施例2

在实施例1中，说明如下结构：通过使用与抑制器303一体地构成的遮蔽电极301和设置了阶梯差的绝缘子310，使绝缘子310表面上的反射电子的碰撞位置远离抑制器303，来防止微小放电。在实施例2中，说明将抑制器和遮蔽电极设为分开结构的SE电子枪的结构。另外，遮蔽电极以外的结构由于与实施例1相同，因此省略说明。

使用图7来说明实施例2的SE电子枪。遮蔽电极701设为与抑制器203分开的结构，用导电性金属制作。将遮蔽电极701的内周面和抑制器203的外周面嵌合地组装、保持。另外，将遮蔽电极701的外周面和绝缘子310的内周面嵌合地组装。其结果，尖端202和抑制器203、遮蔽电极701、引出电极204成为同轴结构，能实现精密的定位。通过遮蔽电极701和抑制器203接触，两者成为同电位，被施加抑制器电压。

本实施例的SE电子枪与实施例1的SE电子枪101同样，遮蔽电极701的圆筒部722的端面到达在有阶梯差的绝缘子310设置的空隙311。因此，使用图6说明的作用发挥效力，能防止微小放电。

本实施例的电子枪由于增加了部件件数而嵌合部位增加，存在轴精度的变差、成本的增加的可能性。但通过将遮蔽电极701设为与抑制器203分开的结构，能沿用现有的SE电子枪201中使用的抑制器203。通过使用被标准化的抑制器结构，有以下的优点：抑制器的制作成本的减低、能原样使用市售的带抑制器的SE电子源。

实施例3

在实施例2中，说明了将抑制器和遮蔽电极设为分开的构造的结构。在实施例3中，说明改变绝缘子310向抑制器的嵌合位置、将遮蔽电极小型化的结构。另外，遮蔽电极以外的结构由于与实施例1相同，因此省略说明。

使用图8来说明实施例3的SE电子枪。本实施例的抑制器702在其侧面的上端具有遮蔽电极703，抑制器702和遮蔽电极703与实施例1同样是一体地构成的。将具有绝缘子310的下表面312的圆筒部的外周面和抑制器702的内周面嵌合地保持，进行组装。其结果，各电极成为同轴结构，进行精密的定位。

本实施例的SE电子枪改变成为电场放出的起点的抑制器702与绝缘子310的接触点511的位置。但与实施例1的SE电子枪101同样，遮蔽电极703的圆筒部723的端面到达在有阶梯差的绝缘子310设置的空隙311。其结果，接触点511被遮蔽电极703的电位覆盖，从而通过使用图6说明的作用来防止微小放电。

通过如本实施例那样改变抑制器702与绝缘子310的嵌合位置，能将遮蔽电极703小型化。其结果，有减小引出电极204的直径从而能将SE电子枪小型化的优点。此外，由于遮蔽电极703的形状能比较简化，因此一体结构的抑制器702的制作变得容易，有能实现成本减低的优点。

实施例4

在实施例3中，说明了改变绝缘子310的嵌合位置、将遮蔽电极小型化的结构。在实施例4中，说明改变遮蔽电极的结构并且还能搭载于图2的现有的SE电子枪201的电子源的实施例，该电子源是抑制器704和遮蔽电极705一体结构的电子源。另外，遮蔽电极705以外的结构由于与实施例1相同，因此省略说明。

使用图9来说明本实施例的SE电子枪。本实施例的抑制器704在其侧面具有与抑制器704一体结构的遮蔽电极705。遮蔽电极705与实施例1的遮蔽电极301不同，特征在于，没有圆筒部。遮蔽电极705向外周方向突出，仅覆盖抑制器704与绝缘子210的接触点511的下方。因此，绝缘子210表面的带正电的部位从接触点511远离了遮蔽电极705突出的相应量。其结果，与现有的SE电子枪201相比，能减低微小放电的频度。

本实施例的SE电子枪由于没有实施例1说明的具备阶梯差的绝缘子310，因此不能充分延伸沿面距离。另外，由于不是用遮蔽电极的圆筒部302覆盖接触点511的结构，因此成为易于对接触点511施加电场的结构。因此，与实施例1相比，防止微小放电的效果变得有限，止于频度的减低。但仅通过变更本实施例的抑制器705，也能搭载在现有的SE电子枪201，有能在抑制开发费用的同时减低微小放电的频度的优点。

实施例5

在实施例4中，说明了改变遮蔽电极的结构且也能搭载在现有的SE电子枪的结构。在实施例5中，说明在引出电极设置开口、通过减低到达绝缘子的反射电子的绝对数量来提高微小放电的防止效果的结构。在本实施例中，若将孔径209的开口包括在内，则在引出电极设置至少两个以上的开口。另外，引出电极以外的结构由于与实施例1相同，因此省略说明。

使用图10来说明实施例5的SE电子枪。本实施例的引出电极801在其底面具有与孔径209的开口不同的开口802。另外，在引出电极801的圆筒面，在与遮蔽电极301的圆筒部302对置的位置具有开口803。由于从尖端202放出的侧束501照射到引出电极801而放出反射电子。该反射电子当中的能量低的一部分反射电子804穿过底面的开口802，向SE电子枪之外穿过。其结果，最终到达绝缘子310的反射电子的绝对数量减低。

另一方面，关于飞越底面的开口802的能量高的反射电子805，在重复再碰撞后，其大多数经由圆筒面的开口803向SE电子枪之外穿过。在引出电极801与圆筒部302之间的窄的路径601，电位分布变窄，引起大量的反射电子的再碰撞。通过在该位置配置开口803，大量反射电子移动到SE电子枪之外，能有效果地减低最终到达绝缘子310的反射电子的绝对数量。通过以上的引出电极801的开口802和开口803，减低了绝缘子310的带电量，能进一步防止微小放电。

另外，加大孔径209的直径并对孔径209照射侧束501，在该孔径209的侧束501的照射位置设置开口，由此也能通过与上述同样的作用防止微小放电。

实施例6

在实施例5中，说明了在引出电极设置开口并减低到达绝缘子的反射电子的绝对数量来提高微小放电的防止效果的结构。在实施例6中说明如下结构：在引出电极的内侧设置突出部，减低到达绝缘子的反射电子的绝对数量，由此提高微小放电的防止效果。另外，引出电极以外的结构由于与实施例1相同，因此省略说明。

使用图11来说明实施例6的SE电子枪。本实施例的引出电极809在底面具有突出部813。另外，在圆筒面具有突出部814。底面的突出部813与引出电极809一体地构成，在其下方配置孔径209。另外，突出部813具有锥形，其开口的直径是与SE尖端202侧相比使孔径209侧更大。对突出部813施加引出电压。突出部813的与抑制器303对置的上表面为了防止无用的电场集中而设为平面。

圆筒面的突出部814与引出电极809一体地构成，被施加引出电压。突出部814的抑制器303侧的端面具有锥形，其开口的直径是与上表面相比使下表面更大。突出部814的端面的面对抑制器303侧的面设为平面，防止无用的电场集中。

从SE尖端202放出的侧束当中的放出角大的侧束812在与孔径209碰撞后放出反射电子816。该反射电子816由于在镜面方向上具有峰值地放出，因此其大部分与突出部813的锥形的下表面碰撞。从这里放出的反射电子817与孔径209碰撞。如此地，通过设置突出部813，放出角大的侧束812在产生于突出部813的锥形与孔径209之间的袋部分重复大量的反射电子的再碰撞，减低其数量。其结果，不再能到达绝缘子310。

从SE尖端202放出的放出角小的侧束812在与孔径209碰撞后，放出反射电子811。该反射电子811穿过突出部813的开口而与引出电极809碰撞，放出反射电子818。该反射电子818与突出部814的下表面碰撞，放出反射电子819。如此地，通过设置突出部814，放出角小的侧束810在产生于突出部814的下表面与引出电极809之间的袋部分重复大量的反射电子的再碰撞，减低其数量。其结果，不再到达绝缘子310。

通过以上的引出电极809的突出部813和突出部814，到达绝缘子310的反射电子的绝对数量减少，绝缘子310的带电量减低。其结果，能进一步防止微小放电。

作为其他效果，在突出部814与抑制器303之间形成窄的路径815。该窄的路径815除了反射电子能穿过的立体角小、难以穿过以外，还由于电位分布变窄而强迫反射电子向突出部814进行大量的碰撞。其结果，有效果地减低了到达绝缘子310的反射电子的数量。

实施例7

在实施例6中，说明了如下结构：在引出电极的内侧设置突出部，减低到达绝缘子的反射电子的绝对数量，由此提高微小放电的防止效果。在实施例7中，引出电极与绝缘子的接触部位的内径比引出电极的筒部的内径小，换言之，说明如下结构：在引出电极设置颈部，将绝缘子与颈部嵌合地保持，减低反射电子的绝对数量，由此提高微小放电的防止效果。另外，引出电极以外的结构由于与实施例1相同，因此省略说明。

使用图12来说明实施例7的SE电子枪。本实施例的引出电极为了组装而分成引出电极底部821和引出电极圆筒部824。进而，在引出电极圆筒部824的上部具备颈部822。将颈部822和绝缘子820嵌合地保持。另外，将绝缘子820和抑制器303嵌合地保持。进而，将抑制器303的圆筒部302的长度延伸，使得接近至颈部822的近旁。

通过延长圆筒部302，在遮蔽电极301的圆筒部302与引出电极圆筒部824之间形成的窄的路径601的距离延伸。另外，在颈部822与圆筒部302之间追加窄的路径823。通过这些窄的路径的距离延伸，反射电子与引出电极底部821碰撞的次数增加，到达绝缘子820的反射电子的数量减少。其结果，绝缘子820的带电量减低，防止微小放电。

实施例8

在实施例7中，说明如下结构：在引出电极设置颈部，减低反射电子的绝对数量，由此提高微小放电的防止效果。在实施例8中，说明如下结构：用半导电性的材料构成绝缘子，或者在绝缘子的表面设置半导电性或导电性的薄膜，由此防止带电，提高微小放电的防止效果。另外，绝缘子以外的结构由于与实施例1相同，因此省略说明。

使用图13来说明实施例8的SE电子枪。在本实施例中，取代实施例1的绝缘子310而使用半导电性绝缘子830。半导电性绝缘子830是电传导性具有金属与绝缘体的中间的值的绝缘子，体积电阻率是10¹⁰Ωcm到10¹²Ωcm程度。通过使用该半导电性绝缘子830，虽然暗电流增加，但能维持引出电极204与抑制器303之间的电压差。另一方面，在反射电子与半导电性绝缘子830碰撞的情况下，即使表面带电，也会立即从近旁的半导电性绝缘子830供给电子，缓和了带电。其结果，从接触点511不发生电场放出，能防止微小放电。

在绝缘性绝缘子表面设置半导电性被覆831也能实现同样的效果。半导电性被覆831是体积电阻率为10¹⁰Ωcm到10¹²Ωcm程度的薄膜，其厚度为数μm程度。即使反射电子与该半导电性被覆831碰撞，带电也立即得到缓和，能防止微小放电。

另外，半导电性被覆831并不限于设置在绝缘性绝缘子的表面整面，在设置在表面的一部分的情况下也有效果。在设置在表面的一部分的情况下，可以提高半导电性被覆831的导电性，也可以使体积电阻率为10¹⁰Ωcm以下。若将被覆部位限于表面的极小一部分，则可以成膜导电性的金属薄膜，也可以使用金属化来进行成膜。另外，通过在接触点511的近旁进行半导电或金属被覆，来追加缓和接触点511处的电场集中的效果。

实施例9

在实施例8中，说明如下结构：将绝缘子设为半导电性绝缘子，或者，通过对绝缘子实施半导电性被覆来防止带电，从而提高微小放电的防止效果。在实施例9中，说明如下结构：用导电性的支承部保持抑制器，减低反射电子的绝对数量，由此提高微小放电的防止效果。即，是如下结构的带电粒子线装置的实施例，具备电子枪，其具有：尖端；配置在比尖端的前端更靠后方的抑制器；保持抑制器的导电性的支承部；由底面和筒部构成且内含尖端和抑制器的引出电极；保持支承部和引出电极的绝缘子；和设于支承部与引出电极的筒部之间的导电性金属，其构成为对导电性金属施加比尖端低的电压。

使用图14来说明实施例9的SE电子枪。另外，由于支承部以外的结构由于与实施例1相同，因此省略说明。如该图14所示那样，本实施例的抑制器303保持在支承部840。支承部840是导电性的金属圆筒，是与抑制器303同轴的结构。支承部840通过与抑制器303接触而成为与抑制器303同电位。将支承部840与绝缘子310嵌合地保持。将绝缘子310和引出电极204的圆筒嵌合地保持。其结果，保持了SE尖端202与引出电极204之间的精密的定位和同轴结构。在销207连接馈通841，来对丝极206供电。在支承部840的侧面设置遮蔽电极301，设为和圆筒部302一起覆盖绝缘子310的下表面312的结构。

在本实施例中，也通过与抑制器303的支承部840一体结构的遮蔽电极310来控制反射电子的轨迹，反射电子与绝缘子310碰撞的位置远离接触点511。其结果，抑制了带电导致的接触点511的电场增加，能防止微小放电。进而，通过设置抑制器303的支承部840，SE尖端202与绝缘子310的距离变得远离。其结果，直到反射电子到达绝缘子310为止的碰撞次数增加，电子的绝对数量减低，由此能有效果地防止微小放电。另外，也可以如本实施例所示那样，将遮蔽电极310安装在抑制器自身以外。另外，即使是在抑制器303、支承部840追加其他导电性部件并使接触的情况，也能通过在该追加部件设置遮蔽电极310来实现同样的效果。

另外，本发明并不限定于上述的实施例，包含各种变形例。例如本发明的SE尖端202也可以是冷阴极电场放出电子源、热电子源、光激发电子源。另外，SE尖端202的材料并不限于钨，也可以是LaB₆、CeB₆、碳系材料等其他材料。另外，上述的实施例为了易于理解地说明本发明而详细进行了说明，但并不一定限定于包含说明的全部结构。能将某实施例的结构的一部分置换成其他实施例的结构，另外，还能在某实施例的结构加进其他实施例的结构。另外，能对各实施例的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。

附图标记的说明

101...SE电子枪、102...控制电极、103...加速电极、109...涡轮分子泵、110...会聚透镜、111...物镜、112...样品、113...样品室、114...检测器、115...电子线、116...绝缘子、118...非蒸发吸气泵、119...第一真空室、120...离子泵、121...离子泵、122...离子泵、125...筒体、126...第二真空室、127...第三真空室、128...第四真空室、201...现有的SE电子枪、202...SE尖端、203...抑制器、204...引出电极、205...氧化锆、206...丝极、207...端子、208...绝缘子、209...孔径、210...绝缘子、301...遮蔽电极、302...圆筒部、303...抑制器、310...绝缘子、311...空隙、312...下表面、313...上表面、501...侧束、502...反射电子、503...反射电子、504...反射电子、505...反射电子、506...二次电子、507...表面、510...电位分布、511...接触点、517...表面、601...窄的路径、701...遮蔽电极、702...抑制器、703...遮蔽电极、704...抑制器、705...遮蔽电极、722...圆筒部、723...圆筒部、801...引出电极、802...开口、803...开口、804...反射电子、805...反射电子、810...侧束、811...反射电子、812...侧束、813...突出部、814...突出部、815...窄的路径、816...反射电子、817...反射电子、818...反射电子、819...反射电子、820...绝缘子、821...引出电极底部、822...颈部、823...窄的路径、824...引出电极圆筒部、830...半导电性绝缘子、831...半导电性被覆、840...支承部、841...馈通。

Claims (15)

1.一种带电粒子线装置，其特征在于，

具备电子枪，所述电子枪具有：尖端；配置在比所述尖端的前端更靠后方的抑制器；由底面和筒部构成且内含所述尖端和所述抑制器的引出电极；保持所述抑制器和所述引出电极的绝缘子；和设于所述抑制器与所述引出电极的筒部之间的导电性金属，

对所述导电性金属施加比所述尖端低的电压。

2.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

使所述绝缘子的端面具有阶梯差，在所述绝缘子与所述引出电极的筒部之间设置空隙。

3.根据权利要求2所述的带电粒子线装置，其特征在于，

将所述导电性金属的一部分延伸到所述空隙。

4.根据权利要求3所述的带电粒子线装置，其特征在于，

将所述导电性金属和所述抑制器一体地构成。

5.根据权利要求4所述的带电粒子线装置，其特征在于，

所述导电性金属具有筒结构，所述筒结构在与所述引出电极的筒部同轴的方向上延伸。

6.根据权利要求4所述的带电粒子线装置，其特征在于，

在所述引出电极设置至少两个以上的开口。

7.根据权利要求4所述的带电粒子线装置，其特征在于，

在所述引出电极的内侧设置至少一个突出部。

8.根据权利要求4所述的带电粒子线装置，其特征在于，

所述引出电极与所述绝缘子的接触部位的内径比所述引出电极的筒部的内径小。

9.根据权利要求4所述的带电粒子线装置，其特征在于，

用半导电性的材料构成所述绝缘子，或者在所述绝缘子的表面设置半导电性或导电性的薄膜。

10.根据权利要求4所述的带电粒子线装置，其特征在于，

使所述尖端的前端的曲率半径比0.5μm大。

11.根据权利要求4所述的带电粒子线装置，其特征在于，

用非蒸发吸气泵将配置了所述尖端的真空室排气。

12.一种带电粒子线装置，其特征在于，

具备电子枪，所述电子枪具有：尖端；配置在比所述尖端的前端更靠后方的抑制器；保持所述抑制器的导电性的支承部；由底面和筒部构成且内含所述尖端和所述抑制器的引出电极；保持所述支承部和所述引出电极的绝缘子；和设于所述支承部与所述引出电极的筒部之间的导电性金属，

对所述导电性金属施加比所述尖端低的电压。

13.根据权利要求12所述的带电粒子线装置，其特征在于，

使所述绝缘子的端面具有阶梯差，在所述绝缘子与所述引出电极的筒部之间设置空隙。

14.根据权利要求13所述的带电粒子线装置，其特征在于，

将所述导电性金属的一部分延伸到所述空隙。

15.一种电子源，其特征在于，具备：

尖端；

配置在比所述尖端的前端更靠后方的抑制器；

保持与所述尖端电连接的端子和所述抑制器的绝缘子；和

设置于所述抑制器的侧面的导电性金属。

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