DE102019213196A1

DE102019213196A1 - Ladungsträgerstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE102019213196A1
Application number: DE102019213196.4A
Authority: DE
Inventors: Keigo Kasuya; Shuhei Ishikawa; Kenji Tanimoto; Hajime Kawano; Hideo Todokoro; Souichi Katagiri; Takashi Doi; Soichiro Matsunaga
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2039-09-03
Also published as: JP2020047407A; DE102019213196B4; US10903037B2; US20200090897A1; JP7068117B2

Abstract

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Elektronenstrahl von einer Elektronenkanone stabil zu liefern, d. h., eine Schwankung der Intensität des Elektronenstrahls zu verhindern. Die Erfindung schafft eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die eine Elektronenkanone, die eine Elektronenquelle, eine Extraktionselektrode, an die eine Spannung angelegt ist, die zum Extrahieren der Elektronen von der Elektronenquelle verwendet wird, und eine Beschleunigungselektrode, an die eine Spannung angelegt ist, die zum Beschleunigen der von der Elektronenquelle extrahierten Elektronen verwendet wird, aufweist, eine erste Heizeinheit, die die Extraktionselektrode erwärmt, und eine zweite Heizeinheit, die die Beschleunigungselektrode erwärmt, enthält.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung und insbesondere auf eine Elektronenkanone, die einen auf eine Probe angewendeten Elektronenstrahl liefert.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung ist eine Vorrichtung, die ein Bild, das zum Beobachten einer Probe verwendet wird, durch das Bestrahlen der Probe mit einem Ladungsträgerstrahl, wie z. B. einem Elektronenstrahl, und das Detektieren der Transmissionselektronen, der Sekundärelektronen, der reflektierten Elektronen, der Röntgenstrahlen und dergleichen, die von der Probe emittiert werden, erzeugt. Eine Bildqualität des erzeugten Bildes hängt von dem auf die Probe angewendeten Elektronenstrahl ab, wobei eine Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl mit hoher Luminanz stabil liefern kann, erforderlich ist, um ein deutliches und helles Bild mit einer hohen räumlichen Auflösung in hoher Geschwindigkeit und mit einer guten Reproduzierbarkeit zu erhalten. Als eine derartige Elektronenkanone gibt es eine Kaltfeldemissions-Elektronenkanone (die im Folgenden als eine CFE-Elektronenkanone bezeichnet wird) und eine Schottky-Emissions-Elektronenkanone (die im Folgenden als eine SE-Elektronenkanone bezeichnet wird). Obwohl die CFE-Elektronenkanone im Vergleich zu der SE-Elektronenkanone, die nach einer Erwärmung verwendet wird, bei einer Zimmertemperatur verwendet wird, ist es notwendig, die Peripherie einer Katode auf einem äußerst hohen Vakuum von 10^-9 Pa oder kleiner aufrechtzuerhalten, um den Elektronenstrahl stabil zu liefern. Ein hoher Grad des Vakuums bedeutet, dass ein Wert des Atmosphärendrucks in einer Vakuumkammer klein ist.
JP-A-S55-1062 (Patentliteratur 1) offenbart, dass eine Heizvorrichtung verwendet wird, um eine Extraktionselektrode zu erwärmen, an die eine Spannung, die zum Extrahieren von Elektronen von einer Katode verwendet wird, angelegt ist, wobei eine Kammer, die eine Katode aufweist, und eine Kammer, die eine Heizvorrichtung aufweist, unabhängig evakuiert werden, um die Peripherie der Katode selbst während der Elektronenstrahlbestrahlung auf einem äußerst hohen Vakuum aufrechtzuerhalten.
Obwohl sich die Patentliteratur 1 auf ein von einer Extraktionselektrode oder einer Heizvorrichtung emittiertes Gas konzentriert, gibt es jedoch keine Erwähnung des Gases, der Ionen und der Elektronen, die von einer Beschleunigungselektrode emittiert werden, an die eine Spannung angelegt ist, die zum Beschleunigen der von einer Katode, die eine Elektronenquelle ist, extrahierten Elektronen verwendet wird. Das Gas, die Ionen und die Elektronen, die von der Beschleunigungselektrode emittiert werden, verringern einen Grad des Vakuums um die Elektronenquelle, variieren die Intensität eines von einer Elektronenkanone gelieferten Elektronenstrahls und verhindern eine stabile Lieferung des Elektronenstrahls.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Elektronenstrahl von einer Elektronenkanone stabil zu liefern, d. h., eine Schwankung der Intensität eines Elektronenstrahls zu verhindern.
Um die obige Aufgabe zu lösen, schafft die Erfindung eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die eine Elektronenkanone, die eine Elektronenquelle, eine Extraktionselektrode, an die eine Spannung angelegt ist, die zum Extrahieren der Elektronen von der Elektronenquelle verwendet wird, und eine Beschleunigungselektrode, an die eine Spannung angelegt ist, die zum Beschleunigen der von der Elektronenquelle extrahierten Elektronen verwendet wird, aufweist, eine erste Heizeinheit, die die Extraktionselektrode erwärmt, und eine zweite Heizeinheit, die die Beschleunigungselektrode erwärmt, enthält.
Gemäß der Erfindung kann der Elektronenstrahl von der Elektronenkanone stabil geliefert werden, d. h., kann die Schwankung der Intensität des Elektronenstrahls verhindert werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Rasterelektronenmikroskops, das ein Beispiel einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform ist.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Peripherie einer Beschleunigungselektrode gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine graphische Darstellung, die einen Brennprozess gemäß der ersten Ausführungsform erklärt.
4 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Peripherie einer Beschleunigungselektrode gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
5 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Längenverhältnis und einem reflektierten Elektron der Beschleunigungselektrode gemäß der zweiten Ausführungsform erklärt.
6 ist eine schematische Ansicht, die eine Modifikation der Beschleunigungselektrode gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Peripherie einer Beschleunigungselektrode gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Peripherie einer Beschleunigungselektrode gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
9 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Peripherie einer Beschleunigungselektrode gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
10 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Peripherie einer Beschleunigungselektrode gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt.
11 ist eine graphische Darstellung, die einen Brennprozess gemäß der sechsten Ausführungsform erklärt.
12 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Peripherie einer Beschleunigungselektrode gemäß einer siebenten Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden die Ausführungsformen einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung gemäß der Erfindung bezüglich der Zeichnungen beschrieben. Die Ladungsträgerstrahlvorrichtung ist eine Vorrichtung, die ein Bild, das zum Beobachten einer Probe verwendet wird, durch das Bestrahlen der Probe mit einem Ladungsträgerstrahl und das Detektieren der von der Probe emittierten Sekundärpartikel erzeugt. Es gibt z. B. verschiedene Vorrichtungen, die ein Bild der Probe durch das Bestrahlen der Probe mit einem Elektronenstrahl erzeugen, wie z. B. ein Rasterelektronenmikroskop und ein Transmissionselektronenmikroskop. Im Folgenden wird ein Rasterelektronenmikroskop als ein Beispiel der Ladungsträgerstrahlvorrichtung beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
Es wird eine Gesamtkonfiguration eines Rasterelektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform bezüglich 1 beschrieben. Das Rasterelektronenmikroskop ist eine Vorrichtung, die eine Probe durch das Bestrahlen der Probe mit einem Elektronenstrahl und das Detektieren der Sekundärelektronen, der reflektierten Elektronen und dergleichen, die von der Probe emittiert werden, beobachtet. Ein Bild zur Beobachtung wird durch das Zuordnen einer mit dem Elektronenstrahl bestrahlten Position zu einer detektierten Menge der Sekundärelektronen und dergleichen durch das Abtasten der Probe mit einem fokussierten Elektronenstrahl erzeugt. Das Rasterelektronenmikroskop enthält einen zylindrischen Körper 125 und eine Probenkammer 113, wobei das Innere des zylindrischen Körpers 125 in eine erste Vakuumkammer 119, eine zweite Vakuumkammer 126 und eine dritte Vakuumkammer 127 aufgeteilt ist. Im Folgenden wird jede Kammer beschrieben.
Die erste Vakuumkammer 119 wird durch eine lonenpumpe 120 und eine nichtverdampfende Getterpumpe (NEG-Pumpe) 118 evakuiert und wird auf ein äußerst hohes Vakuum von 10^-8 Pa oder kleiner, bevorzugter 10^-9 Pa bis 10^-10 Pa gebracht. Eine äußere Heizvorrichtung 107 ist außerhalb der ersten Vakuumkammer 119 vorgesehen, wobei eine Elektronenkanone in der ersten Vakuumkammer 119 untergebracht ist. Die Elektronenkanone liefert einen Elektronenstrahl 115, der auf eine Probe 112 angewendet wird, und enthält eine Elektronenquelle 104, eine Extraktionselektrode 102 und eine Beschleunigungselektrode 101. Im Folgenden wird jede Einheit der Elektronenkanone beschrieben.
Die Elektronenquelle 104 ist z. B. Einkristall-Wolfram, das bis zur Nanometer-Größenordnung angespitzt ist, wobei die Elektronen durch das Konzentrieren eines elektrischen Feldes an einem spitzen Ende der Elektronenquelle 104 extrahiert werden. Die Elektronenquelle 104 ist mit einem Heizfaden 106 verbunden, wobei der Heizfaden 106 durch eine Halterung 130 gestützt ist. Die Elektronenquelle 104, der Heizfaden 106 und die Halterung 130 befinden sich auf dem gleichen Potential. Die Halterung 130 ist über einen Isolator 126 an dem zylindrischen Körper 125 befestigt und ist durch den Isolator 116 von dem zylindrischen Körper 125, der sich auf einem Massepotential befindet, elektrisch isoliert.
Die Extraktionselektrode 102 weist eine Becherform auf, die die Elektronenquelle 104 abdeckt, und weist eine Öffnung 123 mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm bis 10 mm in einer Mitte einer Oberfläche, die der Elektronenquelle 104 zugewandt ist, auf. Weil eine Spannung zwischen der Extraktionselektrode 102 und der Elektronenquelle 104 angelegt ist, sind die Halterung 130, die das gleiche Potential wie die Elektronenquelle 104 aufweist, und die Extraktionselektrode 102 durch einen Isolator 117 elektrisch isoliert. Eine Austrittsöffnung 105, die einen Austrittsleitwert aufweist, der größer als der der Öffnung 123 ist, ist in einer Seitenfläche der Extraktionselektrode 102 vorgesehen, wobei die Peripherie der Elektronenquelle 104 durch die Evakuierung von der Austrittsöffnung 105 auf einem hohen Grad des Vakuums aufrechterhalten wird. Um die Extraktionselektrode 102 ist eine Heizvorrichtung 103 vorgesehen, um die Austrittsöffnung 105 zu umgehen.
Die Beschleunigungselektrode 102 ist ein ringförmiger Metallring, der eine Öffnung 124 mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm bis 10 mm in einer Mitte aufweist, und ist unter der Extraktionselektrode 102 angeordnet, um die erste Vakuumkammer 119 von der zweiten Vakuumkammer 126 zu trennen. Eine Konfiguration der Beschleunigungselektrode 101 wird später bezüglich 2 beschrieben.
Die zweite Vakuumkammer 126 ist durch eine lonenpumpe 121 evakuiert. Die zweite Vakuumkammer 126 ist über die Öffnung 124 der Beschleunigungselektrode 101 mit der ersten Vakuumkammer 119 verbunden, wobei ein Druckunterschied zu der unterschiedlich evakuierten ersten Vakuumkammer 119 etwa das 100fache ist. Eine Kondensorlinse 110 ist in der zweiten Vakuumkammer 126 angeordnet. Es können nach Bedarf zwei oder mehr Kondensorlinsen 110 angeordnet sein. Ferner trennt die Kondensorlinse 110 die zweite Vakuumkammer 126 von der dritten Vakuumkammer 127.
Die dritte Vakuumkammer 127 ist durch eine lonenpumpe 122 evakuiert. Die dritte Vakuumkammer 127 ist von der zweiten Vakuumkammer 126, die über die Kondensorlinse 110 verbunden ist, unterschiedlich evakuiert. In der dritten Vakuumkammer 127 ist ein Detektor 114 angeordnet.
Die Probenkammer 113 ist durch eine Turbomolekularpumpe 109 evakuiert. Die Probe 112 und eine Objektivlinse 111 sind in der Probenkammer 113 angeordnet, wobei die Objektivlinse 111 die dritte Vakuumkammer 127 von der Probenkammer 113 trennt. Die Probenkammer 113 ist von der dritten Vakuumkammer 127, die über die Objektivlinse 111 verbunden ist, unterschiedlich evakuiert.
Als Nächstes wird ein Prozess von der Extraktion der Elektronen von der Elektronenquelle 104 bis zur Erzeugung des Bildes zur Beobachtung beschrieben. Durch das Anlegen einer Spannung von etwa 1 kV bis etwa 6 kV als eine Extraktionsspannung zwischen der Elektronenquelle 104 und der Extraktionselektrode 102 werden die Elektronen als ein Gesamtstrom 128 vom spitzen Ende der Elektronenquelle 104, wo das elektrische Feld konzentriert ist, extrahiert. Ein Teil des radial extrahierten Gesamtstroms 128 geht durch die Öffnung 123 hindurch, um ein Elektronenstrahl 129 zu werden, wobei sich der Elektronenstrahl 129 unter der Extraktionselektrode 102 bewegt.
Durch das Anlegen einer Spannung von typischerweise 1 kV bis 30 kV, bevorzugter etwa 30 kV bis etwa 60 kV, als eine Beschleunigungsspannung zwischen der Elektronenquelle 104 und der Beschleunigungselektrode 101 wird der Elektronenstrahl 129 beschleunigt. Da die Beschleunigungsspannung höher ist, kann ein Boden der Probe 112 beobachtet werden, selbst wenn die Probe 112 eine dreidimensionale komplexe Struktur mit einem tiefen Loch oder einer tiefen Nut aufweist. Weil die Menge der von der Probe 112 emittierten reflektierten Elektronen zunimmt, wird das Bild zur Beobachtung deutlich.
Ein Teil des beschleunigten Elektronenstrahls 129 geht durch die Öffnung 124 hindurch und bewegt sich als der Elektronenstrahl 115 zu der zweiten Vakuumkammer 126. Der Elektronenstrahl 115 wird durch die Kondensorlinse 110 fokussiert und geht durch eine (nicht gezeigte) Objektivapertur hindurch, so dass eine Menge des Stroms und ein Öffnungswinkel, mit denen die Probe 112 bestrahlt wird, eingestellt werden. Danach wird der Elektronenstrahl 115 durch die Objektivlinse 111 weiter fokussiert und durch eine (nicht gezeigte) Ablenkspule abgelenkt, um die Probe 112 abzutasten.
Die Sekundärelektronen und die reflektierten Elektronen werden von der mit dem Elektronenstrahl 115 abgetasteten Probe 112 emittiert. Durch das Detektieren der emittierten Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen durch den Detektor 114 wird das Bild zur Beobachtung erzeugt.
Der Gesamtstrom 128, der nicht der Elektronenstrahl 129 sein kann, stößt mit der Extraktionselektrode 102 zusammen, um die stimulierte Elektronendesorption (die im Folgenden als ESD bezeichnet wird) zu verursachen. Ein Teil des Elektronenstrahls 129, der nicht als der Elektronenstrahl 115 durch die Öffnung 124 hindurchgehen kann, stößt außerdem mit der Beschleunigungselektrode 101 zusammen, um eine ESD zu verursachen. Durch die ESD werden Atome, Moleküle, Ionen von der Extraktionselektrode 102 und der Beschleunigungselektrode 101 angeregt und in ein Vakuum emittiert, wobei gleichzeitig die reflektierten Elektronen erzeugt werden.
Die emittierten Atome und Moleküle werden als ein ESD-Gas bezeichnet, das einen Grad des Vakuums in der Elektronenkanone verringert, an der Elektronenquelle 104 anhaftet und die Menge der von der Elektronenquelle 104 extrahierten Elektronen ändert und folglich eine stabile Lieferung eines Elektronenstrahls behindert.
Die emittierten Ionen werden durch einen Potentialunterschied zwischen der Extraktionselektrode 102, der Beschleunigungselektrode 101, der Elektronenquelle 104 und dergleichen beschleunigt und stoßen mit der Elektronenquelle 104, dem Heizfaden 106 und der Halterung 130 zusammen, um eine große Menge von Gas und Sekundärelektronen zu erzeugen. Die erzeugten Sekundärelektronen bewegen sich zu der Extraktionselektrode 102 und der Beschleunigungselektrode 101, während sie beschleunigt werden, und reagieren mit dem ESD-Gas und dergleichen, um weiter Ionen zu erzeugen. Die wiederholte Erzeugung von Sekundärelektronen und die Erzeugung von Ionen verursacht, dass die Ionen und Sekundärelektronen zwischen den Elektroden lawinenartig zunehmen und dadurch eine Entladung zwischen den Elektroden verursachen. Die Entladung zwischen den Elektroden ändert ein Potential eines Raumes und ändert die Menge der von der Elektronenquelle 104 extrahierten Elektronen, was eine stabile Lieferung des Elektronenstrahls behindert. Ferner wird in einigen Fällen die Elektronenquelle 104 durch die Entladung beschädigt, wobei die Elektronen nicht extrahiert werden können.
Ferner breiten sich die von der Extraktionselektrode 102 und der Beschleunigungselektrode 101 erzeugten reflektierten Elektronen in der Elektronenkanone aus und stoßen mit der Elektronenquelle 104, der Extraktionselektrode 102 und der Beschleunigungselektrode 101 zusammen, um weiter ESD-Gas, Ionen und reflektierte Elektronen zu erzeugen. Ein Teil der sekundär und tertiär erzeugten reflektierten Elektronen stößt mit einem isolierenden Material, wie z. B. dem Isolator 117, zusammen, um den Isolator 117 und dergleichen aufzuladen. Eine Ladungsmenge ändert sich mit der Zeit, wobei, wenn eine vorgegebene Ladungsmenge erreicht ist, eine Mikroentladung auftritt. Weil die Mikroentladung das Potential des Raumes ändert und die Menge der von der Elektronenquelle 104 extrahierten Elektronen ändert, wird eine stabile Lieferung eines Elektronenstrahls behindert. Zusätzlich kann die Elektronenquelle 104 durch die Mikroentladung beschädigt werden.
Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die Extraktionselektrode 102 durch die Heizvorrichtung 103 erwärmt und wird die gesamte Elektronenkanone durch die äußere Heizvorrichtung 107 erwärmt, so dass das Gas auf den Oberflächen und innerhalb der Extraktionselektrode 102 und der Beschleunigungselektrode 101 thermisch desorbiert wird, um die Extraktionselektrode 102 und die Beschleunigungselektrode 101 zu reinigen. Durch das Reinigen der Beschleunigungselektrode 101 zusammen mit der Extraktionselektrode 102 kann die Emission des ESD-Gases, der Ionen und der reflektierten Elektronen verhindert werden, selbst wenn die ESD in der Extraktionselektrode 102 und der Beschleunigungselektrode 101 auftritt, wobei der Elektronenstrahl von der Elektronenkanone stabil geliefert werden kann.
Weil ferner die Extraktionselektrode 102 eine Becherstruktur aufweist, die die Elektronenquelle 104 abdeckt, werden die von der Extraktionselektrode 102 emittierten reflektierten Elektronen innerhalb der Extraktionselektrode 102 eingeschlossen, wobei sie im Wesentlichen den Isolator 117 und dergleichen nicht erreichen können und die Mikroentladung nicht auftritt.
Weil ferner eine Abnahme des Grades des Vakuums in der Elektronenkanone durch das Verhindern der Emission des ESD-Gases von der Beschleunigungselektrode 101 verhindert wird, können die Elektronenquelle 104 und die Beschleunigungselektrode 101 in derselben ersten Vakuumkammer 119 angeordnet sein und durch die einzige lonenpumpe 120 evakuiert werden. Das heißt, die Peripherie der Elektronenquelle 104 kann auf einem äußerst hohen Vakuum aufrechterhalten werden, ohne eine unterschiedlich evakuierte Struktur anzuwenden, in der die Evakuierung durch eine separate Vakuumpumpe wie in der Patentliteratur 1 ausgeführt wird. Weil die lonenpumpe ein schweres Gewicht aufweist und ein Magnetfeld erzeugt, verschlechtert das mechanische Schwingen der Elektronenkanone oder das Biegen des Elektronenstrahls 115 das Bild zur Beobachtung. Weil gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl der erforderlichen Ionenpumpen verringert ist, kann jedoch eine ungünstige Wirkung auf das Bild verringert werden, wobei die Größe und die Kosten des Rasterelektronenmikroskops verringert werden können.
Im Folgenden werden ein Merkmal jeder Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform und eine durch das Merkmal erhaltene Wirkung beschrieben. Weil die Extraktionselektrode 102 einen ebenen Abschnitt, der der Elektronenquelle 104 zugewandt ist, und eine ausreichend kleine Öffnung 123 bezüglich des ebenen Abschnitts aufweist und eine Becherstruktur aufweist, die die Elektronenquelle 104 abdeckt, wird verhindert, dass das Potential außerhalb der Extraktionselektrode 102 in das Innere der Extraktionselektrode 102 eintritt. Im Ergebnis ist das elektrische Feld an dem spitzen Ende der Elektronenquelle 104 durch die Extraktionsspannung eindeutig bestimmt, wobei die Reproduzierbarkeit der Menge des Gesamtstroms 128 aufrechterhalten wird. Weil die Extraktionsspannung bezüglich des Stroms des auf die Probe 112 angewendeten Elektronenstrahls 115 eindeutig bestimmt ist, ist eine elektrostatische Linsenfunktion außerdem eindeutig bestimmt. Im Ergebnis wird die Reproduzierbarkeit des Bildes zur Beobachtung der Probe 112 aufrechterhalten.
Weil die Beschleunigungselektrode 101 außerdem einen ebenen Abschnitt bezüglich der Extraktionselektrode 102 aufweist, ist ein Potential durch eine parallele Platte ausgebildet, wobei das Potential zwischen den Elektroden gemäß der Beschleunigungsspannung eindeutig bestimmt ist. Deshalb ist die Funktion der elektrostatischen Linse eindeutig bestimmt und wird die Reproduzierbarkeit des Bildes zur Beobachtung aufrechterhalten.
Ferner kann eine Butler-Linsenstruktur, die mit konischen Formen, die einander zugewandt sind, um die Öffnung 123 und die Öffnung 124 versehen ist, angewendet werden. Bei der Butler-Linsenstruktur kann die Aberration der Funktion der elektrostatischen Linse, die durch beide Elektroden ausgebildet ist, verringert werden und kann eine Abnahme der Auflösung aufgrund der Unschärfe des Elektronenstrahls 115 verhindert werden.
Weil zusätzlich der Isolator 117, der die Extraktionselektrode 102 und die Halterung 130 elektrisch isoliert, nur imstande sein muss, einer Extraktionsspannung von höchstens 6 kV standzuhalten, ist es nicht notwendig, den Isolator 117 länger zu machen. Selbst wenn die Beschleunigungsspannung 30 kV übersteigt, muss deshalb nur der Isolator 116 lang sein, wobei eine Beschleunigungsspannung von 30 kV oder mehr mit einer Konfiguration mit einer relativ kleinen Größe und geringen Kosten verwirklicht werden kann.
Weil ferner die Emission des ESD-Gases, der Ionen von der Beschleunigungselektrode 101 und die Zerstreuung der reflektierten Elektronen verhindert werden können, kann der Elektronenstrahl stabil geliefert werden, selbst wenn der Elektronenstrahl von der Elektronenkanone einen großen Strom aufweist und die Beschleunigungsspannung hoch ist. Selbst wenn der Gesamtstrom 128 30 µA oder größer, bevorzugter 50 µA oder größer ist, bleibt ein Druckanstieg der ersten Vakuumkammer 119 10^-10 Pa oder kleiner. Selbst wenn die Beschleunigungsspannung 30 kV oder größer, bevorzugter 45 kV oder größer ist, treten der Druckanstieg und die Entladung nicht auf, wobei der Elektronenstrahl stabil geliefert werden kann. Gemäß der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform kann die Elektronenkanone mit einem großen Strom und einer hohen Beschleunigung verwirklicht werden, kann das durch das Rasterelektronenmikroskop erzeugte Bild deutlicher gemacht werden, kann eine Beobachtungszeit beschleunigt werden und kann ein tiefer Boden eines tiefen Lochs mit einer guten Reproduzierbarkeit beobachtet werden.
Weil die Emission von ESD-Gas und Ionen von der Beschleunigungselektrode 101 und die Zerstreuung der reflektierten Elektronen verhindert werden können, kann ferner ein Abstand zwischen dem spitzen Ende der Elektronenquelle 104 und der Extraktionselektrode 102 schmaler gemacht werden. Indem der Abstand zwischen der Elektronenquelle 104 und der Extraktionselektrode 102 schmaler gemacht wird, kann die zwischen der Extraktionselektrode 102 und der Beschleunigungselektrode 101 ausgebildete elektrostatische Linse bei einem kurzen Brennpunkt verwendet werden, wobei eine Abnahme der Luminanz aufgrund der Aberration, eine Verschlechterung der Steuerbarkeit zum Zeitpunkt der Achsenabweichung und eine Verschlechterung der Steuerbarkeit der Position einer virtuellen Lichtquelle verhindert werden können. Von einem Standpunkt der Steuerbarkeit der Position einer virtuellen Lichtquelle ist der Abstand zwischen dem spitzen Ende der Elektronenquelle 104 und der Extraktionselektrode 102 bevorzugt 5 mm oder kleiner, bevorzugter 2 mm oder kleiner. Bei einem derartigen Abstand wird, wenn die Beschleunigungsspannung größer als 30 kV und noch bevorzugter 45 kV oder größer ist, keine tatsächliche Lichtquelle gebildet, wobei die Elektronenkanone praktisch sogar unter der Bedingung einer hohen Beschleunigung verwendet werden kann.
Wenn die Extraktionsspannung tief ist, wird ferner eine Fokussierungsfunktion der elektrostatischen Linse stark, wobei die tatsächliche Lichtquelle angezeigt wird, so dass das Elektronenmikroskop nicht verwendet werden kann. Wenn ein Wert der Extraktionsspannung V1 ist und ein Wert der Beschleunigungsspannung V0 ist, ist deshalb der Abstand zwischen dem spitzen Ende der Elektronenquelle 104 und der Extraktionselektrode 102 in der Elektronenkanone, die unter einer Bedingung von V0/V1 ≤ 10 verwendet wird, auf 10 mm oder kleiner gesetzt. In der Elektronenkanone, die außerdem vorübergehend unter einer Bedingung von 10 ≤ V0/V1 ≤ 15 verwendet wird, ist ferner der Abstand zwischen dem spitzen Ende der Elektronenquelle 104 und der Extraktionselektrode 102 auf 5 mm oder kleiner gesetzt. In der Elektronenkanone, die außerdem vorübergehend unter einer Bedingung von 15 ≤ V0/V1 ≤ 25 verwendet wird, ist der Abstand zwischen dem spitzen Ende der Elektronenquelle 104 und der Extraktionselektrode 102 auf 2 mm oder kleiner gesetzt. In der Elektronenkanone, die außerdem vorübergehend unter einer Bedingung V0/V1 ≥ 25 verwendet wird, ist der Abstand zwischen dem spitzen Ende der Elektronenquelle 104 und der Extraktionselektrode 102 auf 1 mm oder kleiner gesetzt. Wenn insbesondere ein Material mit einer Austrittsarbeit von 3,0 eV oder kleiner, z. B. LaB₆ oder CeB₆, ein Nanodraht oder eine Nanoröhre für die Elektronenquelle 104 verwendet wird, wird die Extraktionsspannung tief, was es schwierig macht, die Position der virtuellen Lichtquelle zu steuern. Deshalb ist es in der Elektronenquelle 104, die das Material mit einer Austrittsarbeit von 3,0 eV oder kleiner verwendet, bevorzugt, den Abstand zwischen dem spitzen Ende der Elektronenquelle 104 und der Extraktionselektrode 102 gemäß der obigen Bedingung festzulegen.
Weil die Emission des ESD-Gases und der Ionen von der Beschleunigungselektrode 101 und die Zerstreuung der reflektierten Elektronen verhindert werden können, kann ferner der Elektronenstrahl stabil geliefert werden, selbst wenn die Öffnung 123 der Extraktionselektrode 102 vergrößert ist. Wenn die Größe der Öffnung 123 z. B. 1 mm oder größer, bevorzugter 2 mm oder größer ist, wird eine axiale Einstellung der Linse der Extraktionselektrode 102 in einer anschließenden Stufe einfach, so dass eine Bedienungszeit eines Anwenders verkürzt wird und die Verwendbarkeit des Rasterelektronenmikroskops verbessert werden kann.
Eine Konfiguration der Beschleunigungselektrode 101 wird bezüglich 2 beschrieben. Die Beschleunigungselektrode 101 ist über einen Wärmeisolationsabschnitt 201, der am äußeren Rand der Beschleunigungselektrode 101 angeordnet ist, mit dem zylindrischen Körper 125 verbunden. Der Wärmeisolationsabschnitt 201 ist ein Element, das die Wärmeübertragung von der Beschleunigungselektrode 101 zu dem zylindrischen Körper 125 verhindert.
Der Wärmeisolationsabschnitt 201 ist aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit ausgebildet und ist typischerweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 40 W/mK oder kleiner, bevorzugter 20 W/mK oder kleiner, wie z. B. SUS, Titan, einer Titanlegierung, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, ausgebildet. Der Wärmeisolationsabschnitt 201 ist bevorzugt aus Ti-6AI-4V oder dergleichen ausgebildet, das ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 10 W/mK oder kleiner ist. Wenn der Wärmeisolationsabschnitt 201 aus einem isolierenden Material ausgebildet ist, ist seine Oberfläche mit einem Metall beschichtet oder ist der Wärmeisolationsabschnitt 201 an einer Position angeordnet, wo der Elektronenstrahl 129 nicht mit dem Wärmeisolationsabschnitt 201 zusammenstoßen kann, um zu verhindern, dass der Wärmeisolationsabschnitt 201 aufgeladen wird.
Eine Dicke des Wärmeisolationsabschnitts 201 ist typischerweise 5 mm oder kleiner, bevorzugter 2 mm oder kleiner. Zusätzlich kann die Wärmeisolationseigenschaft verbessert werden, indem ein Loch in dem Wärmeisolationsabschnitt 201 gebildet wird, um eine Fläche eines Wärmeleitungsweges schmaler zu machen. Die Wärmeisolationseigenschaft nimmt zu, wenn die Dicke des Wärmeisolationsabschnitts 201 dünner ist, wobei aber die mechanische Festigkeit abnimmt. Deshalb kann die mechanische Festigkeit durch das Bilden einer Struktur, die eine Symmetrie bezüglich einer Mittelachse aufweist, wie z. B. eines Zylinders oder einer Scheibe, verstärkt werden.
Durch das Anordnen des Wärmeisolationsabschnitts 201 am äußeren Rand der Beschleunigungselektrode 101 wird die Erwärmung der Beschleunigungselektrode 101 gefördert. Wenn z. B. die Extraktionselektrode 102 durch die Heizvorrichtung 103 erwärmt wird und eine hohe Temperatur von etwa 300 °C bis etwa 700 °C erreicht, erreicht die Strahlungswärme von der Extraktionselektrode 102 die gegenüberliegende Beschleunigungselektrode 101. Obwohl die Strahlungswärme von der Extraktionselektrode 102 klein ist, wird die Wärmeübertragung zu dem zylindrischen Körper 125 durch das Bereitstellen des Wärmeisolationsabschnitts 201 verhindert, so dass die Erwärmung der Beschleunigungselektrode 101 gefördert wird. Durch das Erwärmen der Beschleunigungselektrode 101 auf eine höhere Temperatur wird das Gas an der Oberfläche und innerhalb der Beschleunigungselektrode 101 thermisch desorbiert, um die Beschleunigungselektrode 101 zu reinigen. Eine Emissionsmenge des ESD-Gases oder der Ionen, die von der Beschleunigungselektrode 101 emittiert wird, kann durch einen Temperaturanstieg von etwa 100 °C um eine Größenordnung verringert werden.
Weil die Extraktionselektrode 102 und die Beschleunigungselektrode 101 ebene Abschnitte aufweisen, die einander zugewandt sind, nimmt zusätzlich eine Fläche, wo die Extraktionselektrode 102 die Strahlungswärme emittiert, zu, wobei eine Fläche, wo die Beschleunigungselektrode 101 die Strahlungswärme empfängt, zunimmt, die in die Beschleunigungselektrode 101 eingegebene Wärme zunimmt und es wahrscheinlich ist, dass die Temperatur der Beschleunigungselektrode 101 ansteigt.
Bei der Konfiguration kann die Beschleunigungselektrode 101 auf eine hohe Temperatur erwärmt werden, wobei eine Erzeugungsmenge des ESD-Gases oder der Ionen verringert werden kann, selbst wenn ein Teil des Elektronenstrahls 129 mit der Beschleunigungselektrode 101 zusammenstößt. Im Ergebnis wird ein Grad des Vakuums der ersten Vakuumkammer 119 nicht verringert und kann das Auftreten einer Entladung verhindert werden, so dass der Elektronenstrahl stabil geliefert werden kann.
Weil die Wärmeübertragung zu dem zylindrischen Körper 125 durch den Wärmeisolationsabschnitt 201 verhindert wird, kann der Temperaturanstieg der Kondensorlinse 110, deren Wärmebeständigkeitstemperatur etwa 100 °C beträgt, verhindert werden. Das heißt, selbst wenn die gesamte Elektronenkanone durch die äußere Heizvorrichtung 107 oder die Heizvorrichtung 103 auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, kann ein Problem, wie z. B. die Trennung der unter der Beschleunigungselektrode 101 angeordneten Kondensorlinse 110, verhindert werden.
Obwohl die reflektierten Elektronen 203, die durch den Zusammenstoß eines Teils des Elektronenstrahls 129 mit der Beschleunigungselektrode 101 erzeugt werden, zu der Extraktionselektrode 102 emittiert werden, werden die reflektierten Elektronen 203 ferner durch einen Potentialgradienten, der durch die Butler-Linse erzeugt wird, zu einer Mittelrichtung gebogen, um mit der Beschleunigungselektrode 101 zusammenzustoßen. Deshalb wird der erneute Zusammenstoß mit einem Element, das nicht auf eine hohe Temperatur erwärmt ist, verhindert, wobei die Emission eines sekundären ESD-Gases und sekundärer Ionen verhindert werden kann. Ferner kann die Aufladung des isolierenden Materials, wie z. B. des Isolators 117, verhindert werden.
Ein Brennprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bezüglich 3 beschrieben. Zuerst wird die gesamte Elektronenkanone durch die äußere Heizvorrichtung 107 auf etwa 100 °C bis etwa 300 °C erwärmt, wobei das Brennen während etwa 1 Stunde bis etwa 2 Stunden ausgeführt wird. Danach wird die Heizvorrichtung 103 weiter betrieben, wobei die Extraktionselektrode 102 auf etwa 300 °C bis 700 °C erwärmt wird, wobei das Brennen während etwa 2 Stunden bis etwa 120 Stunden ausgeführt wird. Während dieses Zeitraums wird die Beschleunigungselektrode 101 durch die Strahlungswärme von der Extraktionselektrode 102 auf etwa 200 °C bis etwa 500 °C erwärmt. Danach wird der Betrieb der äußeren Heizvorrichtung 107 gestoppt, wobei das Erwärmen nur durch die Heizvorrichtung 103 während etwa 1 Stunde bis etwa 2 Stunden ausgeführt wird, um den Brennprozess abzuschließen. Die Brennzeit wird dementsprechend eingestellt, ob der Grad des Vakuums einen Zielwert erreicht hat oder nicht. Der Brennprozess wird jedes Mal ausgeführt, wenn die Elektronenquelle 104 der Elektronenkanone ersetzt wird.
Durch das Ausführen eines derartigen Brennprozesses, bevor die Elektronenkanone verwendet wird, werden das ESD-Gas oder dergleichen sowohl von der Beschleunigungselektrode 101 als auch von der Extraktionselektrode 102 thermisch desorbiert, so dass die Abnahme des Grades des Vakuums und das Auftreten der Entladung während der Elektronenstrahlbestrahlung verhindert werden können und der Elektronenstrahl stabil geliefert werden kann.
[Zweite Ausführungsform]
In der ersten Ausführungsform ist beschrieben worden, dass durch einen Potentialgradienten, der durch die Butler-Linse erzeugt wird, verursacht wird, dass die reflektierten Elektronen 203, die von der Beschleunigungselektrode 101 erzeugt werden, mit der Beschleunigungselektrode 101 zusammenstoßen, um die Zerstreuung der reflektierten Elektronen 203 zu verhindern. In der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben, dass die Zerstreuung der von der Beschleunigungselektrode 101 erzeugten reflektierten Elektronen 203 ferner durch das Ändern einer Struktur der Beschleunigungselektrode 101 verhindert wird. Eine Konfiguration mit Ausnahme der Beschleunigungselektrode 101 ist die gleiche wie die der ersten Ausführungsform, wobei ihre Beschreibung weggelassen wird.
Die Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bezüglich 4 beschrieben. Die Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält einen ersten ringförmigen Abschnitt 250, einen zylindrischen Abschnitt 210 und einen zweiten ringförmigen Abschnitt 211. Im Folgenden wird jeder Abschnitt beschrieben.
Der erste ringförmige Abschnitt 250 ist ein ringförmiger Metallring, der eine erste Öffnung 212 in einer Mitte aufweist, und ist unter der Extraktionselektrode 102 angeordnet, so dass er der Extraktionselektrode 102 zugewandt ist. Die erste Öffnung 212 weist einen Durchmesser auf, der groß genug ist, um es zu ermöglichen, dass der Elektronenstrahl 129 hindurchgeht, ohne mit dem ersten ringförmigen Abschnitt 250 zusammenzustoßen. Der erste ringförmige Abschnitt 250 ist über den Wärmeisolationsabschnitt 201, der am äußeren Rand des ersten ringförmigen Abschnitts 250 angeordnet ist, mit dem zylindrischen Körper 125 verbunden. Ein Material des Wärmeisolationsabschnitts 201 ist zu dem in der ersten Ausführungsform ähnlich.
Der zylindrische Abschnitt 210 ist ein zylindrisches Element, das den gleichen Außendurchmesser wie der erste ringförmige Abschnitt 250 aufweist, und ist mit einer Unterseite des ersten ringförmigen Abschnitts 250, d. h., einer Oberfläche auf einer Seite der Probe 112, verbunden. Ein Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 210 ist ausreichend größer als ein Durchmesser der ersten Öffnung 212, so dass der Elektronenstrahl 129 nicht mit dem zylindrischen Abschnitt 210 zusammenstößt.
Der zweite ringförmige Abschnitt 211 ist ein Metallring, der eine zweite Öffnung 213 mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm bis etwa 10 mm in einer Mitte aufweist, weist den gleichen Außendurchmesser wie der erste ringförmige Abschnitt 250 und der zylindrische Abschnitt 210 auf und ist mit einer Unterseite des zylindrischen Abschnitts 210, d. h., einer Oberfläche auf einer Seite der Probe 112, verbunden, so dass er dem ersten ringförmigen Abschnitt 250 zugewandt ist. Der zweite ringförmige Abschnitt 211 ist auf das gleiche Potential wie der erste ringförmige Abschnitt 250 gesetzt, so dass zwischen den ersten ringförmigen Abschnitten 250 und dem zweiten ringförmigen Abschnitt 211 keine Funktion einer elektrostatischen Linse auftritt. Ein Teil des Elektronenstrahls 129, der den zweiten ringförmigen Abschnitt 211 erreicht, ohne mit dem ersten ringförmigen Abschnitt 250 oder dem zylindrischen Abschnitt 210 zusammenzustoßen, geht durch die zweite Öffnung 213 hindurch und bewegt sich als der Elektronenstrahl 115 zu der zweiten Vakuumkammer 126. Die erste Vakuumkammer 119, in der die Beschleunigungselektrode 101 angeordnet ist, ist von der zweiten Vakuumkammer 126, die über die zweite Öffnung 213 verbunden ist, unterschiedlich evakuiert. Die zweite Öffnung 213 ist präzise bearbeitet, so dass sie eine perfekte Kreisform aufweist, wobei ein äußerer Randabschnitt des Elektronenstrahls 129 gleichmäßig abgeschirmt wird, um eine Form des Elektronenstrahls 115 zu einem perfekten Kreis zu machen. Im Ergebnis kann der auf die Probe 112 fokussierte endgültige Elektronenstrahl außerdem in einem perfekten Kreis gehalten werden und kann die Auflösung verbessert werden. Um die Präzisionsbearbeitung auszuführen, wird für den zweiten ringförmigen Abschnitt 211 ein hartes Material, wie z. B. Molybdän oder SUS, verwendet.
Weil die Beschleunigungselektrode 101, die den ersten ringförmigen Abschnitt 250, den zylindrischen Abschnitt 210 und den zweiten ringförmigen Abschnitt 211 aufweist, über den Wärmeisolationsabschnitt 201 mit dem zylindrischen Körper 125 verbunden ist, wird die Beschleunigungselektrode 101 durch die äußere Heizvorrichtung 107 oder die Strahlungswärme der durch die Heizvorrichtung 103 erwärmten Extraktionselektrode 102 auf eine hohe Temperatur erwärmt. Im Ergebnis wird ähnlich zu der Beschleunigungselektrode 101 gemäß der ersten Ausführungsform das ESD-Gas oder dergleichen von der Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform desorbiert, wird die Emission von ESD-Gas, Ionen und reflektierten Elektronen verhindert, selbst wenn die ESD während der Elektronenstrahlbestrahlung auftritt, und kann der Elektronenstrahl von der Elektronenkanone stabil geliefert werden.
Weil der Elektronenstrahl 129 den zweiten ringförmigen Abschnitt 211 erreicht, ohne mit dem ersten ringförmigen Abschnitt 250 und dem zylindrischen Abschnitt 210 zusammenzustoßen, werden in der Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die durch den Elektronenstrahl 129 reflektierten Elektronen in dem ersten ringförmigen Abschnitt 250 und dem zylindrischen Abschnitt 210 nicht erzeugt. Die durch den Elektronenstrahl 129, der mit dem zweiten ringförmigen Abschnitt 211 um die zweite Öffnung 213 zusammenstößt, erzeugten reflektierten Elektronen 203 sind in einem Raum, der von dem ersten ringförmigen Abschnitt 250, dem zylindrischen Abschnitt 210 und dem zweiten ringförmigen Abschnitt 210 umgeben ist, eingeschlossen und verschwinden, nachdem ein Zusammenstoß mit irgendeiner Innenwand wiederholt wird. In der Beschleunigungselektrode 101, die den ersten ringförmigen Abschnitt 250, den zylindrischen Abschnitt 210 und den zweiten ringförmigen Abschnitt 211 aufweist, ist die Emission von ESD-Gas, Ionen und reflektierten Elektronen verhindert, selbst wenn die reflektierten Elektronen 203 wiederholt zusammenstoßen, weil das ESD-Gas oder dergleichen durch das Erwärmen der äußeren Heizvorrichtung 107 und dergleichen thermisch desorbiert wird. Weil die reflektierten Elektronen 203, die sich zu der Seite der Extraktionselektrode 102 als die erste Öffnung 212 bewegen, verringert werden und die Zerstreuung der reflektierten Elektronen 203 in einen Beschleunigungsraum zwischen der Extraktionselektrode 102 und der Beschleunigungselektrode 101 verhindert wird, ist im Ergebnis das sekundär erzeugte ESD-Gas oder dergleichen verringert und kann der Elektronenstrahl von der Elektronenkanone stabil geliefert werden.
Eine Beziehung zwischen der Wahrscheinlichkeit des Einschließens der reflektierten Elektronen 203 in einem Raum, der von dem ersten ringförmigen Abschnitt 250, dem zylindrischen Abschnitt 210 und dem zweiten ringförmigen Abschnitt 211 umgeben ist, und einem Längenverhältnis der Beschleunigungselektrode 101, das ein Verhältnis L/a einer axialen Länge L des zylindrischen Abschnitts 210 zu einem Durchmesser a der ersten Öffnung 212 ist, wird bezüglich 5 beschrieben. 5A ist eine schematische Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem Streuwinkel und einer Intensität der reflektierten Elektronen 203 zeigt. Zusätzlich zu der Beziehung in 5A ist 5B eine graphische Darstellung, in der eine Bahn der reflektierten Elektronen 203 in Anbetracht einer Beschleunigungsbedingung des Elektronenstrahls (Beschleunigungsspannung 15 kV bis 60 kV), eines Materials des zweiten ringförmigen Abschnitts 211 (Molybdän und SUS) oder einer Potentialverteilung simuliert ist und in der Beziehung zwischen der Wahrscheinlichkeit des Einschließens der reflektierten Elektronen 203 und dem Längenverhältnis L/a der Beschleunigungselektrode 101 zusammengefasst ist.
Wie durch eine gestrichelte Linie in 5A gezeigt ist, werden die reflektierten Elektronen 203 in der Beziehung zwischen dem Streuwinkel und der Intensität gemäß einem Kosinusgesetz emittiert. Wenn das Längenverhältnis L/a zunimmt, nehmen deshalb die reflektierten Elektronen 203, die auf eine Innenwand des zylindrischen Abschnitts 210 auftreffen, zu, während die reflektierten Elektronen 203, die durch die erste Öffnung 212 hindurchgehen, abnehmen. Wie in 5B gezeigt ist, nimmt im Ergebnis die Wahrscheinlichkeit des Einschließens der reflektierten Elektronen 203 zu, wenn das Längenverhältnis L/a zunimmt. Weil der Durchmesser a der ersten Öffnung 212 auf eine vorgegebene Größe oder größer festgelegt ist, um nicht zu verursachen, dass der Elektronenstrahl 129 mit dem ersten ringförmigen Abschnitt 250 zusammenstößt, ist es notwendig, die axiale Länge L des zylindrischen Abschnitts 210 zu vergrößern, um das Längenverhältnis L/a zu vergrößern.
Weil es schwierig wird, den zylindrischen Abschnitt 210 an einem Rasterelektronenmikroskop anzubringen, wenn die Länge L zu lang ist, wird jedoch, wenn die Leichtigkeit des Anbringens mehr betont wird als die Wahrscheinlichkeit des Einschließens der reflektierten Elektronen 203, das Längenverhältnis L/a bevorzugt auf etwa 1 bis 4 gesetzt. Wenn gemäß 5B das Längenverhältnis L/a 1, 2, 3 und 4 ist, können die reflektierten Elektronen 203 von 52 %, 83 %, 92 % bzw. 96 % eingeschlossen werden. Deshalb kann durch das Festlegen des Längenverhältnisses auf etwa 1 bis 4 eine ausreichende Wirkung in einer relativ kleinen Struktur gezeigt werden. Die reflektierten Elektronen 203, die durch die erste Öffnung 212 hindurchgehen, werden durch das Potential des Beschleunigungsraums zu der Seite des ersten ringförmigen Abschnitts 250 zurückgezogen und werden durch die Butler-Linse weiter fokussiert und kehren zum Inneren der Beschleunigungselektrode 101 zurück. Deshalb ist ein Verhältnis, mit dem die reflektierten Elektronen 203 zu dem Beschleunigungsraum zerstreut werden, weiter verringert.
Wenn die Wahrscheinlichkeit des Einschließens der reflektierten Elektronen 203 mehr als die Leichtigkeit des Anbringens betont wird, kann das Längenverhältnis L/a vergrößert werden, wobei, falls das Längenverhältnis L/a 5 bis 8 ist, die reflektierten Elektronen von 97 % bis 99 % eingeschlossen werden.
Ferner ist eine Oberseite, die eine Oberfläche des zweiten ringförmigen Abschnitts 211 auf einer Seite der Elektronenquelle 104 ist, eine flache Oberfläche, während auf einer Unterseite, die eine Oberfläche auf einer Seite der Probe 112 ist, eine Verjüngung um die zweite Öffnung 213 vorgesehen ist, wobei eine Dicke einer inneren Randfläche der zweiten Öffnung 213 ausreichend dünn gemacht ist. Bei einer derartigen Konfiguration kann verhindert werden, dass die reflektierten Elektronen 203 durch die zweite Öffnung 213 zu der zweiten Vakuumkammer 126 hindurchgehen. Weil die reflektierten Elektronen 203, die durch die zweite Öffnung 213 hindurchgehen, Reflexionsflecken werden, um das Bild zur Beobachtung zu verdecken, kann eine Bildqualität des Bildes zur Beobachtung durch das Blockieren des Durchgangs der reflektierten Elektronen 210 aufrechterhalten werden.
Ferner kann, wie in 6 gezeigt ist, eine geneigte Oberfläche, die eine hohe Innenseite aufweist, eine sogenannte Verjüngung, um die zweite Öffnung 213 auf einer Oberseite des zweiten ringförmigen Abschnitts 211 ausgebildet sein, wobei ein Zusammenstoßwinkel 214 zwischen dem Elektronenstrahl 129 und dem zweiten ringförmigen Abschnitt 211 verringert werden kann. Weil das meiste der von dem zweiten ringförmigen Abschnitt 211 emittierten reflektierten Elektronen 203 durch das Verringern des Zusammenstoßwinkels 214 zu der inneren Randfläche des zylindrischen Abschnitts 210 geleitet wird, kann die Menge der reflektierten Elektronen 203, die durch die erste Öffnung 212 in den Beschleunigungsraum zerstreut werden, weiter verringert werden. Ferner können durch das Verringern des Zusammenstoßwinkels 214 die reflektierten Elektronen 203, die die Reflexionsflecken werden, indem sie durch die zweite Öffnung 213 hindurchgehen, weiter verringert werden.
[Die dritte Ausführungsform]
In der zweiten Ausführungsform ist die Struktur der Beschleunigungselektrode 101, die die Zerstreuung der reflektierten Elektronen 203 weiter verhindert, beschrieben worden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Beschleunigungselektrode 101, die die Zerstreuung der reflektierten Elektronen 203 weiter verhindert und die effizienter erwärmt werden kann, beschrieben. Eine Konfiguration mit Ausnahme der Beschleunigungselektrode 101 ist die gleiche wie die der ersten Ausführungsform, wobei ihre Beschreibung weggelassen wird.
Die Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bezüglich 7 beschrieben. Ähnlich zur zweiten Ausführungsform enthält die Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den ersten ringförmigen Abschnitt 250, den zylindrischen Abschnitt 210 und den zweiten ringförmigen Abschnitt 211. Im Folgenden wird jeder Abschnitt beschrieben.
Ähnlich zur zweiten Ausführungsform ist der erste ringförmige Abschnitt 250 ein ringförmiger Metallring, der eine erste Öffnung 212 mit einer Größe, die den Durchgang des Elektronenstrahls 129 ohne einen Zusammenstoß ermöglicht, in einer Mitte aufweist, wobei er unter der Extraktionselektrode 102 angeordnet ist, so dass er der Extraktionselektrode 102 zugewandt ist. Der erste ringförmige Abschnitt 250 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist einen Außendurchmesser auf, der größer als der der zweiten Ausführungsform ist, d. h., einen Außendurchmesser, der größer als der des zylindrischen Abschnitts 210 und des zweiten ringförmigen Abschnitts 211 ist, wobei der Wärmeisolationsabschnitt 201 nicht am äußeren Rand angeordnet ist.
Der zylindrische Abschnitt 210 ist ein zylindrisches Element und ist mit der Unterseite des ersten ringförmigen Abschnitts 250 verbunden. Ähnlich zur zweiten Ausführungsform ist ein Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 210 ausreichend größer als ein Durchmesser der ersten Öffnung 212, so dass der Elektronenstrahl 129 nicht mit dem zylindrischen Abschnitt 210 zusammenstößt. Der zylindrische Abschnitt 210 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist bevorzugt aus einem Material ausgebildet, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, und ist z. B. aus SUS, Titan, einer Titanlegierung, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Ti-6AI-4V, ausgebildet.
Ähnlich zur zweiten Ausführungsform ist der zweite ringförmige Abschnitt 211 ein ringförmiger Metallring, der die zweite Öffnung 213 mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm bis etwa 10 mm in einer Mitte aufweist, wobei er den gleichen Außendurchmesser wie der zylindrische Abschnitt 210 aufweist und mit der Unterseite des zylindrischen Abschnitts 210 verbunden ist, so dass er dem ersten ringförmigen Abschnitt 250 zugewandt ist. Der Wärmeisolationsabschnitt 201 ist am äußeren Rand des zweiten ringförmigen Abschnitts 211 angeordnet, wobei der zweite ringförmige Abschnitt 211 über den Wärmeisolationsabschnitt 201 mit dem zylindrischen Körper 125 verbunden ist. Ein Material des Wärmeisolationsabschnitts 201 ist zu dem in der ersten Ausführungsform ähnlich. Ähnlich zur zweiten Ausführungsform befindet sich der zweite ringförmige Abschnitt 211 auf dem gleichen Potential wie der erste ringförmige Abschnitt 250. Wenn ein Teil des Elektronenstrahls 129 durch die zweite Öffnung 213 hindurchgeht und sich als der Elektronenstrahl 115 zu der zweiten Vakuumkammer 196 bewegt, ist ähnlich zur zweiten Ausführungsform die erste Vakuumkammer 119 von der zweiten Vakuumkammer 126, die über die zweite Öffnung 213 verbunden ist, unterschiedlich evakuiert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der erste ringförmige Abschnitt 250, der einen Außendurchmesser aufweist, der größer als der der zweiten Ausführungsform ist, gegen die Strahlungswärme von der Extraktionselektrode 102 empfindlich, wobei ein Wärmeübertragungsweg von dem ersten ringförmigen Abschnitt 250 zu dem zylindrischen Körper 125 länger als der der zweiten Ausführungsform ist, so dass der erste ringförmige Abschnitt 250 leicht auf eine höhere Temperatur erwärmt wird. Im Ergebnis kann das während der Elektronenstrahlbestrahlung von dem ersten ringförmigen Abschnitt 250 erzeugte ESG-Gas oder dergleichen weiter verhindert werden, wobei der Elektronenstrahl stabiler geliefert werden kann.
[Vierte Ausführungsform]
In einer dritten Ausführungsform ist die Beschleunigungselektrode 101, die durch das Vergrößern eines Außendurchmessers des ersten ringförmigen Abschnitts 250 und das Verlängern eines Wärmeübertragungsweges von dem ersten ringförmigen Abschnitt 250 zu dem zylindrischen Körper 125 effizienter erwärmt werden kann, beschrieben worden. In der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben, dass ein Emissionsvermögen der Extraktionselektrode 102 und der Beschleunigungselektrode 101 verbessert ist und dass ein reflektierendes Material um die Extraktionselektrode 102 angeordnet ist. Eine Konfiguration mit Ausnahme der Beschleunigungselektrode 101 und der Extraktionselektrode 102 ist die gleiche wie die der ersten Ausführungsform, wobei ihre Beschreibung weggelassen wird.
Die Extraktionselektrode 102 und die Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden bezüglich 8 beschrieben. Ähnlich zur ersten Ausführungsform weist die Extraktionselektrode 102 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Becherform auf, die die Elektronenquelle 104 abdeckt, wobei sie eine Öffnung 123 mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm bis etwa 10 mm in einer Mitte einer Oberfläche, die der Elektronenquelle 104 zugewandt ist, aufweist. Auf einer Unterseite der Extraktionselektrode 102 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, d. h., einer Oberfläche, die der Beschleunigungselektrode 101 zugewandt ist, ist eine Schwarzkörperbeschichtung 233 ausgebildet. Die Schwarzkörperbeschichtung 233 ist ein kohlenstoffbasiertes Material, wobei es z. B. Graphen, amorpher Kohlenstoff, Kohlenstoff-Nanoröhren ist. Die Extraktionselektrode 102 kann aus einem kohlenstoffbasierten Material ausgebildet sein. Ein Reflektor 232 ist in einem Raum zwischen der Extraktionselektrode 102 und dem zylindrischen Körper 125 vorgesehen. Der Reflektor 232 ist aus einem Metall hergestellt und weist eine zylindrische Form auf, wobei eine Spiegelfläche auf einer Oberfläche, die der Extraktionselektrode 102 zugewandt ist, ausgebildet ist und als ein reflektierendes Material, das Wärme reflektiert, arbeitet. Der Reflektor 232 befindet sich auf dem gleichen Potential wie die Extraktionselektrode 102, so dass keine Funktion einer elektrostatischen Linse auftritt. Ferner kann die Reflexionsfunktion durch das Bilden eines mehrschichtigen Films, dessen Filmdicke gemäß einem Material mit einem geringen Emissionsvermögen, wie z. B. Gold oder TiN, oder einer Wellenlänge der Strahlungswärme gesteuert ist, auf einer Oberfläche des Reflektors 232 weiter verbessert werden.
Ähnlich zur zweiten Ausführungsform enthält die Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den ersten ringförmigen Abschnitt 250, den zylindrischen Abschnitt 210 und den zweiten ringförmigen Abschnitt 211. Jeder Abschnitt wird im Folgenden beschrieben.
Ähnlich zur zweiten Ausführungsform ist der erste ringförmige Abschnitt 250 ein ringförmiger Metallring, der die erste Öffnung 212 mit einer Größe, die den Durchgang des Elektronenstrahls 129 ohne einen Zusammenstoß ermöglicht, in einer Mitte aufweist, wobei er unter der Extraktionselektrode 102 angeordnet ist, so dass er der Extraktionselektrode 102 zugewandt ist. Die Schwarzkörperbeschichtung 233 ist auf einer Oberseite des ersten ringförmigen Abschnitts 250 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, d. h., einer Oberfläche, die der Extraktionselektrode 102 zugewandt ist, ähnlich zu einer Unterseite der Extraktionselektrode 102 ausgebildet. Ähnlich zu der Extraktionselektrode 102 kann der erste ringförmige Abschnitt 250 aus einem kohlenstoffbasierten Material ausgebildet sein.
Der zylindrische Abschnitt 210 ist ein zylindrisches Element und ist mit einer Unterseite des ersten ringförmigen Abschnitts 250 verbunden. Ähnlich zur zweiten Ausführungsform weist der zylindrische Abschnitt 210 einen Innendurchmesser, der ausreichend größer als ein Durchmesser der ersten Öffnung 212 ist, so dass der Elektronenstrahl 129 nicht mit dem zylindrischen Abschnitt 210 zusammenstößt, und den gleichen Außendurchmesser wie der des ersten ringförmigen Abschnitts 250 auf. Ähnlich zur dritten Ausführungsform ist der zylindrische Abschnitt 210 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt aus einem Material, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie z. B. Ti-6AI-4V, ausgebildet.
Ähnlich zur dritten Ausführungsform ist der zweite ringförmige Abschnitt 211 ein ringförmiger Metallring, der die zweite Öffnung 213 mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm bis etwa 10 mm in einer Mitte aufweist, wobei er den gleichen Außendurchmesser wie der des zylindrischen Abschnitts 210 aufweist und mit der Unterseite des zylindrischen Abschnitts 210 verbunden ist, so dass er dem ersten ringförmigen Abschnitt 250 zugewandt ist. Der Wärmeisolationsabschnitt 201 ist am äußeren Rand des zweiten ringförmigen Abschnitts 211 angeordnet. Ein Material des Wärmeisolationsabschnitts 201 ist zu dem in der ersten Ausführungsform ähnlich.
Der Wärmeisolationsabschnitt 201 ist über eine Vakuumdichtung 230 mit einem Wärmeisolationsabschnitt 231 auf der Seite des zylindrischen Körpers verbunden. Als die Vakuumdichtung 230 wird eine sauerstofffreie Kupferdichtung, ein Metall-O-Ring, ein Helicoflex oder dergleichen eines ConFlat-Flanschs verwendet. Der Wärmeisolationsabschnitt 231 auf der Seite des zylindrischen Körpers ist mit dem zylindrischen Körper 125 verbunden, ist aus dem gleichen Material wie der Wärmeisolationsabschnitt 201 ausgebildet und weist eine Ringform auf. Die erste Vakuumkammer 119 ist durch den zweiten ringförmigen Abschnitt 211, den Wärmeisolationsabschnitt 201, die Vakuumdichtung 230 und den Wärmeisolationsabschnitt 231 auf der Seite des zylindrischen Körpers von der zweiten Vakuumkammer 146 getrennt und ist über die zweite Öffnung 213 unterschiedlich von der zweiten Vakuumkammer 126 evakuiert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform nehmen eine Emissionsmenge und eine Absorptionsmenge der Strahlungswärme auf den Oberflächen der Extraktionselektrode 102, auf der die Schwarzkörperbeschichtung 233 ausgebildet ist, und der Beschleunigungselektrode 101 zu, wobei die Strahlungswärme durch den Reflektor 232 reflektiert wird, so dass die Extraktionselektrode 102 und die Beschleunigungselektrode 101 leichter erwärmt werden. Weil die Beschleunigungselektrode 101 über den Wärmeisolationsabschnitt 201, die Vakuumdichtung 230 und den Wärmeisolationsabschnitt 231 auf der Seite des zylindrischen Körpers mit dem zylindrischen Körper 125 verbunden ist, wird eine Wärmeübertragung von der Beschleunigungselektrode 101 zu dem zylindrischen Körper 125 weiter verhindert, wobei die Beschleunigungselektrode 101 leichter erwärmt wird. Im Ergebnis kann während der Einstrahlung des Elektronenstrahls das ESD-Gas oder dergleichen, das von der Extraktionselektrode 102 und der Beschleunigungselektrode 101 erzeugt wird, weiter verhindert werden, wobei der Elektronenstrahl stabiler geliefert werden kann.
[Fünfte Ausführungsform]
In einer zweiten Ausführungsform ist eine Struktur der Beschleunigungselektrode 101, die die Zerstreuung der reflektierten Elektronen 203 weiter verhindert, beschrieben worden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Beschleunigungselektrode 101, die die Zerstreuung der reflektierten Elektronen 203 weiter verhindert und einen Grad des Vakuums weiter verbessert, beschrieben. Eine Konfiguration mit Ausnahme der Beschleunigungselektrode 101 ist die gleiche wie die der ersten Ausführungsform, wobei ihre Beschreibung weggelassen wird.
Die Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bezüglich 9 beschrieben. Die Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist den ersten ringförmigen Abschnitt 250, den zylindrischen Abschnitt 210 und den zweiten ringförmigen Abschnitt 211 auf, wobei der erste ringförmige Abschnitt 250 und der zweite ringförmige Abschnitt 211 zu jenen in der zweiten Ausführungsform ähnlich sind. Im Folgenden wird der zylindrische Abschnitt 210 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Der zylindrische Abschnitt 210 ist ein zylindrisches Element, das einen Innendurchmesser mit einer Größe, die keinen Zusammenstoß mit dem Elektronenstrahl 129 verursacht, und den gleichen Außendurchmesser wie der erste ringförmige Abschnitt 250 und der zweite ringförmige Abschnitt 211 aufweist, und ist mit einer Unterseite des ersten ringförmigen Abschnitts 250 verbunden. Eine NEG-Pumpe 240 ist innerhalb des zylindrischen Abschnitts 210 und an einer Position, wo der Elektronenstrahl 129 nicht mit dem zylindrischen Abschnitt 210 zusammenstößt, angeordnet. Die NEG-Pumpe 240 ist eine Vakuumpumpe, die Gas durch Aktivierung durch Erwärmung emittiert und durch das emittierte Gas Restgas adsorbiert, und ist z. B. ein gesintertes Pellet oder eine gesinterte Platte. Die NEG-Pumpe 240 kann direkt auf die Innenwand des zylindrischen Abschnitts 210 oder die Unterseite des ersten ringförmigen Abschnitts 250 aufgetragen sein.
In einer Seitenfläche des zylindrischen Körpers 210 ist eine Diffusionsöffnung 241 vorgesehen, wobei das von der NEG-Pumpe 240 emittierte Gas durch die Diffusionsöffnung 241 zu der zweiten Vakuumkammer 126 diffundiert. Weil die NEG-Pumpe 240 durch das Erwärmen in dem Brennprozess der Elektronenkanone aktiviert wird, darf keine für die NEG-Pumpe 240 verwendete Heizvorrichtung neu vorgesehen sein.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein Grad des Vakuums der ersten Vakuumkammer 119 und der zweiten Vakuumkammer 126 durch die innerhalb des zylindrischen Abschnitts 210 angeordnete NEG-Pumpe 240 weiter verbessert werden. Aufgrund der Verbesserung des Grades des Vakuums kann das von der Beschleunigungselektrode 101 während der Elektronenstrahlbestrahlung erzeugte ESD-Gas oder dergleichen weiter verhindert werden, wobei der Elektronenstrahl stabiler geliefert werden kann.
[Sechste Ausführungsform]
In einer fünften Ausführungsform ist ein Grad des Vakuums der ersten Vakuumkammer 119 und der zweiten Vakuumkammer 126 durch die innerhalb des zylindrischen Abschnitts 210 angeordnete NEG-Pumpe 240 verbessert. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Beschleunigungselektrode 101, die weiter erwärmt werden kann, beschrieben. Eine Konfiguration mit Ausnahme der Beschleunigungselektrode 101 ist die gleiche wie die der ersten Ausführungsform, wobei ihre Beschreibung weggelassen wird.
Die Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bezüglich 10 beschrieben. Die Beschleunigungselektrode 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist durch das Hinzufügen einer Heizvorrichtung 251 zu der fünften Ausführungsform konfiguriert. Die Heizvorrichtung 251 ist am äußeren Rand des zylindrischen Abschnitts 210 der Beschleunigungselektrode 101 vorgesehen, um die Diffusionsöffnung 241 zu umgehen, um die Beschleunigungselektrode 101 zu erwärmen. Durch das Vorsehen der Heizvorrichtung 251 wird die Erwärmung der Beschleunigungselektrode 101 gefördert. Im Ergebnis kann das während der Elektronenstrahlbestrahlung von der Beschleunigungselektrode 101 erzeugte ESD-Gas oder dergleichen weiter verhindert werden, wobei der Elektronenstrahl stabiler geliefert werden kann.
Ein Brennprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bezüglich 11 beschrieben. Zuerst wird die gesamte Elektronenkanone durch die äußere Heizvorrichtung 107 auf etwa 100 °C bis 300 °C erwärmt, wobei das Brennen während etwa 1 Stunde bis etwa 2 Stunden ausgeführt wird. Danach werden die Heizvorrichtung 103 und die Heizvorrichtung 251 weiter betrieben, wobei die Extraktionselektrode 102 auf etwa 300 °C bis 700 °C erwärmt wird, während die Beschleunigungselektrode 101 auf etwa 200 °C bis 600 °C erwärmt wird, wobei das Brennen während etwa 2 Stunden bis 120 Stunden ausgeführt wird. Danach wird ein Betrieb der äußeren Heizvorrichtung 107 gestoppt, wobei das Erwärmen durch die Heizvorrichtung 103 und die Heizvorrichtung 251 während etwa 1 Stunde bis etwa 2 Stunden ausgeführt wird, um den Brennprozess abzuschließen. Die Brennzeit wird dementsprechend eingestellt, ob der Grad des Vakuums einen Zielwert erreicht hat oder nicht. Der Brennprozess wird jedes Mal ausgeführt, wenn die Elektronenquelle 104 der Elektronenkanone ersetzt wird.
Durch das Ausführen eines derartigen Brennprozesses, bevor die Elektronenkanone verwendet wird, wird das ESD-Gas oder dergleichen sowohl von der Beschleunigungselektrode 101 als auch von der Extraktionselektrode 102 thermisch desorbiert, so dass eine Abnahme des Grades des Vakuums und ein Auftreten einer Entladung während der Elektronenstrahlbestrahlung verhindert werden können, wobei der Elektronenstrahl stabil geliefert werden kann.
[Siebente Ausführungsform]
In der ersten Ausführungsform ist das Erwärmen der gesamten Elektronenkanone durch die äußere Heizvorrichtung 107 und die Heizvorrichtung 103 beschrieben worden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Hinzufügung einer Steuerelektrode, die eine Elektrode ist, die zum Steuern einer Position einer virtuellen Lichtquelle verwendet wird, zu der Elektronenkanone beschrieben. Eine Konfiguration mit Ausnahme der Elektronenkanone ist die gleiche wie die der ersten Ausführungsform, wobei ihre Beschreibung weggelassen wird.
Eine Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bezüglich 12 beschrieben. Die Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist durch das Hinzufügen einer Steuerelektrode 300, eines Begrenzers 301 und eines Wärmeisolationsabschnitts 302 zu der ersten Ausführungsform konfiguriert. Die Steuerelektrode 300, der Begrenzer 301 und der Wärmeisolationsabschnitt 302 werden im Folgenden spezifisch beschrieben.
Die Steuerelektrode 300 ist unter der Extraktionselektrode 102 vorgesehen, weist eine Becherform, die die Extraktionselektrode 102 abdeckt, auf und ist mit einer Öffnung, die eine Größe aufweist, die es ermöglicht, dass der Elektronenstrahl 129 hindurchgeht, in einer Mitte einer Oberfläche, die der Extraktionselektrode 102 zugewandt ist, versehen. Es ist eine Spannung von etwa 0 kV bis 15 kV als eine Steuerspannung zwischen der Steuerelektrode 300 und der Elektronenquelle 104 angelegt, um die Position der virtuellen Lichtquelle zu steuern. Indem die Position der virtuellen Lichtquelle konstant gehalten wird, ist die Gesamtvergrößerung eines optischen Durchmessers außerdem konstant, wobei die Reproduzierbarkeit eines Bildes zur Beobachtung verbessert ist. Die Heizvorrichtung 103 ist am äußeren Rand der Steuerelektrode 300 angeordnet, wobei die Beschleunigungselektrode 101 unter der Steuerelektrode 300 vorgesehen ist.
Der Begrenzer 301 ist um die Elektronenquelle 104 vorgesehen, um zu verhindern, dass überflüssige Elektronen von der Elektronenquelle 104 extrahiert werden.
Der Wärmeisolationsabschnitt 302 ist mit der Extraktionselektrode 102 verbunden und verhindert die Wärmeübertragung von der Extraktionselektrode 102 zu dem zylindrischen Körper 125. Ein Material und eine Dicke des Wärmeisolationsabschnitts 302 sind die gleichen wie jene des Wärmeisolationsabschnitts 201. Wenn der Wärmeisolationsabschnitt 302 aus einem isolierenden Material ausgebildet ist, ist eine Oberfläche des Wärmeisolationsabschnitts 302 mit einem Metall beschichtet oder ist der Wärmeisolationsabschnitt 302 an einer Position angeordnet, wo der Gesamtstrom 128 nicht zusammenstoßen kann, um zu verhindern, dass der Wärmeisolationsabschnitt 302 aufgeladen wird.
In der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ähnlich zur ersten Ausführungsform der in 3 gezeigte Brennprozess ausgeführt. Das heißt, nachdem die gesamte Elektronenkanone durch die äußere Heizvorrichtung 107 auf etwa 100 ° C bis etwa 300 ° C erwärmt worden ist und das Brennen während etwa 1 Stunde bis etwa 2 Stunden ausgeführt worden ist, wird die Heizvorrichtung 103 weiter betrieben, um die Steuerelektrode 300 auf 300 °C bis 700 °C zu erwärmen, wobei das Brennen während etwa 2 Stunden bis 120 Stunden ausgeführt wird. Während dieser Zeit werden die Extraktionselektrode 102 und die Beschleunigungselektrode 101 durch die Strahlungswärme von der Steuerelektrode 300 auf etwa 200 °C bis 500 °C erwärmt. Danach wird ein Betrieb der äußeren Heizvorrichtung 107 gestoppt, wobei das Erwärmen nur durch die Heizvorrichtung 103 während etwa 1 Stunde bis etwa 2 Stunden ausgeführt wird, um den Brennprozess abzuschließen. Der Brennprozess wird jedes Mal ausgeführt, wenn die Elektronenquelle 104 der Elektronenkanone ersetzt wird, wobei die Brennzeit dementsprechend eingestellt wird, ob ein Grad des Vakuums einen Zielwert erreicht hat.
Durch das Ausführen eines derartigen Brennprozesses, bevor die Elektronenkanone verwendet wird, kann das während der Elektronenstrahlbestrahlung von der Elektronenkanone emittierte ESD-Gas oder dergleichen verhindert werden, selbst wenn die Steuerelektrode 300 zu der Elektronenkanone hinzugefügt ist, wobei der Elektronenstrahl stabil geliefert werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen eingeschränkt und enthält verschiedene Modifikationen. Die Elektronenquelle 104 gemäß der Erfindung kann z. B. eine Kaltkatoden-Feldemissionselektronenquelle, eine Schottky-Elektronenquelle, eine thermionische Emissionselektronenquelle oder eine thermionische Quelle sein. Ferner kann ein Material der Elektronenquelle 104 andere Materialien als Wolfram, LaB6, CeB6, ein kohlenstoffbasiertes Material sein. Zusätzlich sind die oben beschriebenen Ausführungsformen für ein leichtes Verständnis der Erfindung beschrieben worden, wobei die Erfindung nicht notwendigerweise auf jene eingeschränkt ist, die alle der oben beschriebenen Konfigurationen enthalten. Ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform kann durch die Konfiguration einer weiteren Ausführungsform ersetzt werden, wobei die Konfiguration der weiteren Ausführungsform zu der Konfiguration einer Ausführungsform hinzugefügt werden kann. Ein Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform kann zu einer weiteren Konfiguration hinzugefügt, von einer weiteren Konfiguration gelöscht oder durch eine weitere Konfiguration ersetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 551062 A [0003]

Claims

Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die umfasst: eine Elektronenkanone, die eine Elektronenquelle, eine Extraktionselektrode, an die eine Spannung angelegt ist, die zum Extrahieren der Elektronen von der Elektronenquelle verwendet wird, und eine Beschleunigungselektrode, an die eine Spannung angelegt ist, die zum Beschleunigen der von der Elektronenquelle extrahierten Elektronen verwendet wird, aufweist; eine erste Heizeinheit, die die Extraktionselektrode erwärmt; und eine zweite Heizeinheit, die die Beschleunigungselektrode erwärmt.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: einen Wärmeisolationsabschnitt, der zwischen der Beschleunigungselektrode und einem zylindrischen Körper, der die Elektronenquelle, die Extraktionselektrode und die Beschleunigungselektrode aufnimmt, vorgesehen ist und die Wärmeübertragung von der Beschleunigungselektrode zu dem zylindrischen Körper verhindert.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Wärmeisolationsabschnitt eine Titanlegierung ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Titanlegierung Ti-6AI-4V ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Beschleunigungselektrode einen ersten ringförmigen Abschnitt, der auf einer Seite der Elektronenquelle angeordnet ist und eine Ringform aufweist, einen zweiten ringförmigen Abschnitt, der auf einer Seite der mit beschleunigten Elektronen bestrahlten Probe angeordnet ist, und einen zylindrischen Abschnitt, der zwischen dem ersten ringförmigen Abschnitt und dem zweiten ringförmigen Abschnitt angeordnet ist und eine zylindrische Form aufweist, enthält, und eine Größe einer Öffnung des ersten ringförmigen Abschnitts gleich einer oder größer als eine Größe einer Öffnung des zweiten ringförmigen Abschnitts ist und kleiner als ein Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei ein Wert, der durch das Teilen einer axialen Länge des zylindrischen Abschnitts durch die Größe der Öffnung des ersten ringförmigen Abschnitts erhalten wird, 1 oder größer ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei um die Öffnung des zweiten ringförmigen Abschnitts eine geneigte Oberfläche, die eine hohe Innenseite aufweist, ausgebildet ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner umfasst: einen Wärmeisolationsabschnitt, der zwischen dem zweiten ringförmigen Abschnitt und einem zylindrischen Körper, der die Elektronenquelle, die Extraktionselektrode und die Beschleunigungselektrode aufnimmt, vorgesehen ist und die Wärmeübertragung von der Beschleunigungselektrode zu dem zylindrischen Körper verhindert, wobei ein Außendurchmesser des ersten ringförmigen Abschnitts größer als ein Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts oder des zweiten ringförmigen Abschnitts ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Wärmeisolationsabschnitt eine Vakuumdichtung enthält.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine NEG-Pumpe innerhalb der Beschleunigungselektrode angeordnet ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 10, wobei in einer Seitenfläche des zylindrischen Abschnitts eine Diffusionsöffnung vorgesehen ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine Heizvorrichtung am äußeren Rand des zylindrischen Abschnitts angeordnet ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Schwarzkörperbeschichtung auf einer Oberfläche ausgebildet ist, wo die Extraktionselektrode und die Beschleunigungselektrode einander zugewandt sind.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei in einer Seitenfläche der Extraktionselektrode eine Austrittsöffnung vorgesehen ist und die erste Heizeinheit vorgesehen ist, um die Austrittsöffnung zu umgehen.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Steuerelektrode, die angeordnet ist, um die Extraktionselektrode abzudecken und an die eine Spannung, die zum Steuern einer Position einer virtuellen Lichtquelle verwendet wird, angelegt ist, wobei die erste Heizeinheit die Extraktionselektrode durch das Erwärmen der Steuerelektrode erwärmt.