-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau einer Elektronenkanone oder einer Ionenkanone einer Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen.
-
Stand der Technik
-
Bei einer Elektronenkanone oder einer Ionenkanone einer Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen, wie beispielsweise einem Elektronenmikroskop oder einer mit einem fokussierten Ionenstrahl arbeitenden Vorrichtung, und insbesondere bei einer Elektronenkanone (oder einer Ionenkanone), die einen Strahl geladener Teilchen mit hoher Beschleunigungsenergie erzeugt, wird gängigerweise eine Elektronenkanone (oder eine Ionenkanone) mit einem Beschleunigungsröhrenaufbau verwendet, um eine Hochspannung auf stabile Weise anzulegen.
-
2 stellt eine schematische Ansicht einer Elektronenkanone mit einem Beschleunigungsröhrenaufbau dar. Es wird unterstellt, dass in der Zeichnung eine FE-Elektronenkanone gezeigt ist, bei der eine sechsstufige Beschleunigungsröhre verwendet wird. In der Zeichnung sind eine FE-Elektronenquelle, deren distales Ende auf einen Radius von näherungsweise einigen 100 nm zugespitzt ist, mit dem Bezugszeichen 1 und eine Extraktionselektrode mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Die Beschleunigungsröhre 2 ist durch abwechselndes Aufeinanderanordnen eines aus Glas oder Keramik gefertigten Isolators 6 aus einem isolierenden Werkstoff und eines Metallleiters 9 gebildet. An den Metallleitern 9 ist jeweils eine Elektrode angebracht. Die unterhalb der Extraktionselektrode angeordnete Elektrode stellt vor allem eine Steuerelektrode 5 und die anderen Elektroden stellen Beschleunigungselektroden 10 dar. Zwischen den Elektroden der Beschleunigungsröhre ist jeweils ein Ableitwiderstand 11 von mehreren GΩ angebracht.
-
Beim Betrieb der Elektronenkanone wird an die FE-Elektronenquelle 1 ein negatives Potential von mehreren 100 kV angelegt. Diese Spannung wird insbesondere als Beschleunigungsspannung (V0) bezeichnet. An die Extraktionselektrode 3 wird eine positive Extraktionsspannung (V1) von mehreren kV relativ zur FE-Elektronenquelle 1 angelegt. Durch die Extraktionsspannung (V1) wird am distalen Ende der FE-Elektronenquelle 1 ein so starkes elektrisches Feld erzeugt, dass von dem distalen Ende aufgrund eines Tunneleffekts ein Elektronenstrahl 4 austritt. Mittels der Steuerelektrode 5 wird die Bahn des ausgetretenen Elektronenstrahls 4 gesteuert, wobei der ausgetretene Elektronenstrahl 4 beim Durchqueren der Beschleunigungsröhre auf die Energie der an die Elektronenquelle angelegten Beschleunigungsspannung (V0) beschleunigt wird. Unter der Annahme, dass die Beschleunigungsspannung V0 ist und die Steuerelektrode auf V2 liegt, wird die Spannung zwischen der Steuerelektrode und einer Massespannung als V0–V2 ausgedrückt. Wenn die jeweils zwischen den Stufen angeordneten Ableitwiderstände 11 die gleichen Widerstandswerte aufweisen, ergibt sich zwischen zwei benachbarten Stufen eine Spannung von jeweils (V0–V2)/5. Entsprechend wird eine Änderung des Potentialgradienten in der Beschleunigungsröhre klein. Folglich kann ein Elektronenstrahl mithilfe der Beschleunigungsröhrenkonstruktion beschleunigt und gleichzeitig der Einfluss eines elektrostatischen Linseneffektes auf ein geringes Niveau gedrückt werden.
-
Wie zuvor beschrieben verwendet die herkömmliche Beschleunigungsröhre den aus Glas oder Keramik hergestellten Isolationswerkstoff-Isolator 6. Es besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass sich beim Auftreffen von reflektierten, gestreuten oder dergleichen Elektronen auf den Isolationswerkstoff eine Ladung auf einer Oberfläche des Isolationswerkstoffes anreichert (die Ladung nimmt zu). Mit zunehmender Ladung an der Oberfläche des Isolationswerkstoff-Isolators 6 verändert sich die Potentialverteilung in der Beschleunigungsröhre so, dass sich die Bahn des Elektronenstrahls 4 verändert, und, wenn man den Elektronenstrahl beobachtet, ein Phänomen eines flackernden Elektronenstrahls auftritt. Um ein solches Aufladungsphänomen zu verhindern, weist die herkömmliche Beschleunigungsröhre 2 einen Aufbau mit einer kompliziert geformten Beschleunigungselektrode auf, um einen direkten Kontakt der reflektierten und gestreuten Elektronen des Elektronenstrahls 4 mit dem Isolationswerkstoff-Isolator 6 zu vermeiden. Eine solche Beschleunigungselektrode 10 kompliziert deren Herstellung und beim Einbau der Beschleunigungselektrode 10 in die Beschleunigungsröhre 2 ist der Potentialgradient an der Zentralachse genau genommen unbestimmt, so dass auch die Aberration des Elektronenstrahls 4 zunimmt.
-
Unlängst wurde über eine Technik in Bezug auf leitfähige Isolatoren berichtet, bei der der Widerstand an einer Oberfläche der Isolationskeramik durch Injizieren (Dotieren) eines Fremdmaterials (Dotierstoffs) wie beispielsweise Titancarbid in die Oberfläche der Isolationskeramik geringfügig erniedrigt wird. 3 zeigt ein Beispiel für eine Elektronenkanone, bei der zwischen der zweiten und der sechsten Stufe der Beschleunigungsröhre ein solcher leitfähiger Isolator verwendet wird. Ein in der Beschleunigungsröhre 2 verwendeter leitfähiger Isolator 7 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass an einer inneren Oberfläche ein kleiner Widerstand geschaffen wird. Ein konkreter Widerstandswert liegt im Bereich von mehreren 100 MΩ bis mehreren 10 GΩ. Bei Verwendung des leitfähigen Isolators 7 fließt eine Ladung, die beim Auftreffen des Elektronenstrahls 4 auf die Oberfläche des Isolators erzeugt wird, an der Oberfläche des leitfähigen Isolators als elektrischer Strom, und infolgedessen nimmt die Ladung nicht zu. Von daher kann die Form der Beschleunigungselektroden 10 einer jeden Stufe einen einfachen Aufbau aufweisen, der sich von herkömmlichen Elektronenkanonen unterscheidet. Ferner kann, indem der Widerstand des auf jeder Stufe verwendeten leitfähigen Isolators 7 gleich dem Wert eines herkömmlichen Ableitwiderstands gesetzt wird, auch eine Elektronenkanone ohne Ableitwiderstände geschaffen werden.
-
Bei den in 2 und 3 gezeigten Beschleunigungsröhren wird eine Spannung den jeweiligen Stufen entsprechend so aufgeteilt, dass der Potentialgradient so gleichmäßig wie möglich wird. Trotzdem nimmt die Ladung bei Verwendung eines leitfähigen Isolators 7 auch dann nicht zu, wenn die zweite Stufe und die der zweiten Stufe nachfolgenden Stufen in einer Stufe zusammengefasst und alle Beschleunigungselektroden 10 unterhalb der Steuerelektrode 5 weggelassen werden, wodurch der Potentialgradient an oder unterhalb der Steuerelektrode 5 gleichmäßig gemacht werden kann. 4 zeigt den schematischen Aufbau einer Beschleunigungsröhre, die an der Position der Steuerelektrode sowie darunter keine Elektroden aufweist. Die Beschleunigungsröhre dieser Elektronenkanone ist als integraler Körper gestaltet und infolgedessen kann eine hohe Koaxialität aufrechterhalten werden. Ferner kann die Beschleunigungsröhre weiterhin einen großen Durchmesser aufweisen und der Gradient der Potentialverteilung in vertikaler Richtung dadurch gleichförmig gehalten werden. Folglich passiert ein Elektronenstrahl 4, dessen Bahn über die Steuerelektrode 5 gesteuert wird, das Innere der Beschleunigungsröhre auf geradem Wege und tritt aus der Elektronenkanone aus. Infolgedessen kann der innere Aufbau der in 4 gezeigten Elektronenkanone vereinfacht und die Aberration des Elektronenstrahls 4 ferner klein gehalten werden.
-
Bei der Elektronenkanone von 5 wurde ferner die Steuerelektrode 5 weggelassen, so dass die gesamte Beschleunigungsröhre von dem leitfähigen Isolator 7 gebildet wird. In diesem Fall wird der Elektronenstrahl 4, auch wenn die Bahn eines von der FE-Elektronenquelle 1 extrahierten Elektronenstrahls 4 nicht gesteuert werden kann, geradlinig beschleunigt und tritt aus der Elektronenkanone aus, wodurch die Aberration klein gehalten wird. Ferner kann auch auf die Steuerspannungsquelle für die Versorgung mit der Steuerspannung (V2) verzichtet werden.
-
Literaturverzeichnis
-
Patentliteratur
-
- PTL 1: JP-A-2009-193896 ( US-Offenlegungsschrift: 2009/0224701 )
-
Kurzbeschreibung der Erfindung
-
Technische Problemstellung
-
Wie zuvor beschrieben wird der leitfähige Isolator 7 durch Injizieren (Dotieren) von mehreren Prozent eines Fremdstoffes (Dotierstoff) wie beispielsweise Titancarbid in eine Oberfläche eines aus Aluminiumoxid oder dergleichen gefertigten keramischen Isolators hergestellt. Praktisch gestaltet sich bei der Fertigung des leitfähigen Isolators 7 das gleichmäßige Injizieren des Dotierstoffes in die Oberfläche des keramischen Isolators jedoch als schwierig. Bei einem ungleichmäßigen Injizieren des Dotierstoffes in die Oberfläche des keramischen Isolators erhält man eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung des Dotierstoffes und somit einen ungleichmäßigen Widerstand an der inneren Oberfläche der Beschleunigungsröhre. Als Beispiel wird eine Beschleunigungsröhre 2 angenommen, bei der wie in 6(a) gezeigt ein leitfähiger Isolator 7 verwendet wird. Es wird angenommen, dass eine Position im Inneren der Beschleunigungsröhre mittels eines Zylinderkoordinatensystems ausgedrückt wird, bei dem als Z-Achse eine (im Allgemeinen an einer optischen Achse eines Elektronenstrahls ausgerichtete) Zentralachse Z der Beschleunigungsröhre bestimmt ist, wobei in der Zeichnung eine R-Achse als Referenzachse in Richtung des Radialvektors dargestellt ist. Es wird ferner angenommen, dass an einen oberen Abschnitt (Z = 0) der Beschleunigungsröhre ein Potential von –200 kV und an einen unteren Abschnitt (Z = L) der Beschleunigungsröhre ein Potential von 0 V angelegt wird. Hierbei wird angenommen, dass der Widerstand von nur einem Bereich 12 einer Innenwandoberfläche der Beschleunigungsröhre 2 in der Nähe einer Position mit den Koordinaten Z = Za und θ = θa größer als der Widerstand an anderen Bereichen der Innenwandoberfläche ist. In diesem Falle ändert sich die Potentialverteilung an der inneren Oberfläche der Beschleunigungsröhre in vertikaler (Z) Richtung abhängig von einer (durch den Winkel θ ausgedrückten) Position am inneren Umfang der Beschleunigungsröhre. Zum Beispiel wird die Potentialverteilung an der R-Achse bei θ = θ, wie in 6(b) dargestellt ist, eine Potentialverteilung, bei der sich das Potential von –200 V bei Z = 0 allmählich auf 0 V bei Z = Za verändert. Das heißt, dass ein Potentialgradient mit einer konstanten Steigung ausgebildet wird. Andererseits wird an der den Bereich 12 umfassenden Position bei θ = θa eine wie in 6(c) dargestellte Potentialverteilung ausgebildet, bei der sich der Potentialgradient am Bereich 12, an dem der Widerstand groß wird (in diesem Falle nimmt der Potentialgradient zu), diskontinuierlich verändert. Dieser Zustand entspricht im Wesentlichen einem Zustand, bei dem ein Potential an ein und derselben Höhe (Z) in Umfangsrichtung (θ-Richtung) nicht unveränderlich ist. Folglich wird an der Zentralachse der Beschleunigungsröhre ein in lateraler Richtung weisendes elektrisches Feld erzeugt, so dass ein Elektronenstrahl 4 durch den Einfluss einer in lateraler Richtung wirkenden Kraft abgelenkt und hierdurch eine Aberration oder ein Flackern verursacht wird.
-
Außerdem wird, wenn an einer Stelle im Inneren der Beschleunigungsröhre sogar ein Teilbereich vorliegt, in den überhaupt kein Dotierstoff injiziert wurde, in einem solchen Teilbereich die Ladung akkumuliert, sodass möglicherweise eine ungleichmäßige Potentialverteilung entsteht und eine Entladung auftritt.
-
Folglich besteht die von der vorliegenden Erfindung zu lösende Problemstellung darin, dass bei einer Beschleunigungsröhre, die einen leitfähigen Isolator verwendet, die Potentialverteilung an einer inneren Oberfläche der Beschleunigungsröhre bezogen auf die Umfangsrichtung ungleichmäßig wird, wenn die Dotierstoffkonzentration an der Oberfläche ungleichmäßig ist.
-
Lösung der Problemstellung
-
Ein leitfähiger Isolator ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einen bestimmten Bereich einer Oberfläche des leitfähigen Isolators Metall aufmetallisiert werden kann. Die vorliegende Erfindung bewältigt die oben angeführte Aufgabe durch Ausbilden eines umlaufend metallisierten Bereichs an einer Innenwandoberfläche einer von einem leitfähigen Isolator gebildeten Beschleunigungsröhre. Vorzugsweise wird ein derart metallisierter Bereich an mehreren Stellen entlang der Längsrichtung der Beschleunigungsröhre gebildet.
-
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
-
Ein Potential des metallisierten Bereichs kann auf demselben Niveau gehalten und die relativ gleichmäßige Potentialverteilung somit auch dann erreicht werden, wenn ein leitfähiger Isolator mit einer an einer inneren Oberfläche der Beschleunigungsröhre ungleichmäßigen Dotierstoffkonzentration verwendet wird. Ferner kann die erfindungsgemäße Beschleunigungsröhre als integraler Körper ausgebildet werden, wodurch die Beschleunigungsröhre eine hohe Koaxialität erhält.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
1 Erläuternde Darstellung, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektronenkanone zeigt, bei der ein leitfähiger Isolator verwendet wird.
-
2 Erläuternde Darstellung, die den schematischen Aufbau einer herkömmlichen Elektronenkanone zeigt, bei der ein Isolatorwerkstoff-Isolator verwendet wird (erstes Beispiel des Standes der Technik).
-
3 Erläuternde Darstellung, die den schematischen Aufbau einer herkömmlichen Elektronenkanone zeigt, bei der ein leitfähiger Isolator verwendet wird (zweites Beispiel des Standes der Technik).
-
4 Erläuternde Darstellung, die den schematischen Aufbau einer anderen herkömmlichen Elektronenkanone zeigt, bei der ein leitfähiger Isolator verwendet wird (drittes Beispiel des Standes der Technik).
-
5 Erläuternde Darstellung, die den schematischen Aufbau einer anderen herkömmlichen Elektronenkanone zeigt, bei der ein leitfähiger Isolator verwendet wird (viertes Beispiel des Standes der Technik).
-
6 Erläuternde Darstellung, die ein Problem zeigt, das bei der den leitfähigen Isolator verwendenden herkömmlichen Elektronenkanone vorliegt.
-
7 Erläuternde Darstellung, die eine Potentialverteilungscharakteristik der den leitfähigen Isolator verwendenden erfindungsgemäßen Elektronenkanone zeigt.
-
8 Erläuternde Darstellung, die eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektronenkanone zeigt, bei der ein leitfähiger Isolator eingesetzt wird (Ausführungsform 2).
-
9 Erläuternde Darstellung, die das Prinzip der Überwindung eines Nachteils durch Verwenden der erfindungsgemäßen Elektronenkanone zeigt, bei der der leitfähige Isolator eingesetzt wird.
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
Die vorliegende Erfindung gibt eine Elektronenkanone mit geringer Aberration an, bei der in einer einen leitfähigen Isolator verwendenden Beschleunigungsröhre ein metallisierter Bereich so ausgebildet wird, dass die relativ gleichmäßige Potentialverteilung aufrechterhalten und ein Potentialgradient an einer Zentralachse so weit wie möglich auf einem konstanten Niveau gehalten wird.
-
Die schematische Ansicht von 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Elektronenkanone, bei der eine Beschleunigungsröhre verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, dass die FE-Elektronenkanone eine Beschleunigungsspannung von 100 bis 300 kV aufweist. Am oberen Bereich der Beschleunigungsröhre 2 ist eine FE-Elektronenquelle 1 angebracht, wobei an die FE-Elektronenquelle 1 eine Beschleunigungsspannung (V0) angelegt wird. Ein Metallelement 13 ist so um das distale Ende (Emitterchip) der FE-Elektronenquelle 1 herum angeordnet, dass das Metallelement 13 den Chip einfasst. Unterhalb des Metallelements 13 ist ein kreiszylinderförmiger Isolationswerkstoff-Isolator 6 angeordnet, wobei eine Extraktionselektrode 3 innerhalb eines von dem Metallelement 13 und dem Isolationswerkstoff-Isolator 6 gebildeten abgeschlossenen Raums angeordnet ist. An die Extraktionselektrode 3 wird über das Metallelement 13 ein von einer externen Spannungsquelle 15 stammendes vorgegebenes Potential (ungefähr mehrere kV) angelegt, wobei die Extraktionsspannung (V1) von der Potentialdifferenz zwischen dem angelegten Potential und einem an die FE-Elektronenquelle 1 angelegten Potential gebildet wird. Durch die Extraktionsspannung wird in dem Emitterchip der FE-Elektronenquelle 1 ein starkes elektrisches Feld erzeugt, wobei aufgrund des Tunneleffekts ein Elektronenstrahl 4 austritt. Zu diesem Zweck ist in der Extraktionselektrode 3 ein Öffnungsbereich ausgebildet, der einen Durchtritt des Elektronenstrahls 4 ermöglicht. Der Elektronenstrahl 4 folgt beim Austreten zu einer unteren Seite hin üblicherweise einer Trajektorie, die sich, wie durch die gepunktete Linie angezeigt, von der optischen Achse des Elektronenstrahls ausgehend leicht ausdehnt.
-
Unterhalb des Isolationswerkstoff-Isolators 6 ist ein an einem Metallelement 14 starr befestigter, kreiszylindrischer, leitfähiger Isolator 7 angeordnet und an einer Innenwandoberflächenseite eines zwischen dem Isolatorwerkstoff-Isolator 6 und dem leitfähigen Isolator 7 gelegenen Verbindungsabschnitts ist eine Steuerelektrode 5 angeordnet. An die Steuerelektrode 5 wird relativ zur FE-Elektronenquelle eine von einer externen Spannungsquelle 16 stammende Steuerspannung (V2) von mehreren kV bis mehreren 10 kV angelegt. Die Steuerspannung (V2) wird zum Steuern der Bahn des extrahierten Elektronenstrahls 4 verwendet. Die Extraktionselektrode 3 und das Metallelement 13 sind gegenüber der Steuerelektrode 5 durch den Isolierwerkstoff-Isolator 6 isoliert, sodass die Potentialdifferenz erhalten bleibt. Der Isolierwerkstoff-Isolator 6 ist zum Beispiel aus Aluminiumoxidkeramik oder dergleichen gefertigt.
-
Bei der Elektronenkanone dieser Ausführungsform wird der leitfähige Isolator 7 zur Ausbildung der Beschleunigungsröhre unterhalb der Steuerelektrode 5 verwendet. An einer inneren Wandoberfläche des leitfähigen Isolators 7 wird an mehreren Abschnitten eine Rille mit einer Breite von etwa 1 mm ausgebildet, und entlang der inneren Bereiche der Rillen wird Metall aufmetallisiert. Unter Metallisieren ist ein Vorgang zu verstehen, bei dem auf einer Oberfläche eines isolierenden Materials (hauptsächlich Keramik) eine Metallschicht mit einem Verfahren wie beispielsweise thermischen Spritzen oder Einbrennen gebildet wird, wobei durch das Metallisieren ein Bereich gebildet werden kann, bei dem die elektrische Leitfähigkeit größer als die elektrische Leitfähigkeit des leitfähigen Isolators ist. Wenn in dem leitfähigen Isolator 7 zum Beispiel vier Rillen ausgebildet werden, um den leitfähigen Isolator 7 in seiner Längsrichtung in fünf Abschnitte zu unterteilen, dann nimmt die Potentialverteilung in der Beschleunigungsröhre einen wie in 7 gezeigten in etwa konstanten Potentialgradienten an. In 7 wird eine Beschleunigungsspannung (V0) von –200 kV und eine Steuerspannung (V2) von 20 kV angenommen. Die Spannungsabfälle an den jeweiligen Abschnitten sind hierbei so berechnet, dass sie jeweils der gleichen Spannung von 36 kV entsprechen. Auch wenn der Potentialgradient unterhalb der Steuerelektrode 5 in den mit Metall metallisierten Bereichen verflacht, erhält man, wenn man die Beschleunigungsröhre als ganzes betrachtet, einen in etwa konstanten Potentialgradienten. Entsprechend folgt der durch die Steuerelektrode 5 hindurchtretende Elektronenstrahl 4 bei der Beschleunigung einem in etwa geradlinigen Bahnverlauf, wodurch der Elektronenstrahl 4 aus der Elektronenkanone austritt. Die in der Beschleunigungsröhre 2 erzeugte Aberration wird hierbei klein. Ferner weist die Beschleunigungsröhre abgesehen von den metallisierten Bereichen keine Elektroden auf, und infolgedessen kann der Potentialgradient an der Zentralachse der Beschleunigungsröhre im Wesentlichen auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden. Dementsprechend erhält man im Vergleich zu Elektronenkanonen mit einer wie in 2 und 3 gezeigten herkömmlichen Gestalt ein in Umfangsrichtung der Beschleunigungsröhre gleichförmiges elektrisches Feld, so dass die Aberration bei einer Elektronenkanone dieser Ausführungsform kleiner wird als die Aberration bei den herkömmlichen Elektronenkanonen.
-
Die nachfolgende Erläuterung bezieht sich auf die Betriebsweise und vorteilhaften Wirkungen der Beschleunigungsröhre dieser Ausführungsform, wenn an bestimmten Teilbereichen des leitfähigen Isolators ein Bereich unterschiedlichen Widerstands vorliegt. 9(a) stellt eine schematische Ansicht einer Beschleunigungsröhre dar, bei der an bestimmten Teilbereichen einer Innenwandoberfläche des leitfähigen Isolators in der selben Weise wie bei der in 6(a) gezeigten Beschleunigungsröhre ein Bereich ausgebildet ist, dessen Widerstand vom Widerstand eines den Bereich umgebenden Gebiets abweicht. Im Inneren der Beschleunigungsröhre wird ein dem von 6(a) entsprechendes Zylinderkoordinatensystem angenommen. Ferner wird angenommen, dass der Widerstand eines Bereichs 12 der Innenwandoberfläche der Beschleunigungsröhre nahe einer Position mit der Höhe (Z = Za) und einem Winkel (θ = θa) größer als der Widerstand anderer Bereiche ist. Weiterhin wird angenommen, dass ein Potential eines oberen Abschnitts (Z = Z0) der Beschleunigungsröhre –200 kV und ein Potential eines unteren Abschnitts (Z = L) der Beschleunigungsröhre 0 V beträgt. 9(b) zeigt die Potentialverteilung entlang der Z-Richtung an einer R-Achse (θ = 0), während 9(c) die Potentialverteilung an der Z-Achse bei einer Stelle (θ = θa) in der Umfangsrichtung zeigt, an welcher der Bereich 12 vorliegt. Der kreiszylinderförmige leitfähige Isolator 7 wird aufgrund des Widerstands, den der leitfähige Isolator an sich aufweist, in der selben Weise betrieben wie der in 2 gezeigte Ableitwiderstand, wobei entlang der Längsrichtung der Beschleunigungsröhre eine Potentialverteilung mit einem im Wesentlichen gleichförmigen Potentialgradienten ausgebildet wird. Entsprechend ist der Potentialgradient in Umfangsrichtung an der Position θ = 0 wie in 9(b) gezeigt fixiert. Dagegen wird der Potentialgradient an der Position θ = θa in Umfangsrichtung in dem Bereich 12 wie in 9(c) gezeigt groß.
-
Bei der Beschleunigungsröhre dieser in 9(a) gezeigten Ausführungsform werden an der inneren Wandoberfläche indes vier Bereiche 8 mit aufmetallisiertem Metall gebildet. Da sich das Potential an den Bereichen 8 mit dem aufmetallisierten Metall nicht verändert, bilden sich in der Beschleunigungsröhre entlang der Bereiche 8 aufmetallisierten Metalls Äquipotentiallinien aus. Die durch den Bereich 12 induzierte Störung des Potentialgradienten wird durch die mittels der Bereiche 8 aufmetallisierten Metalls gebildeten Äquipotentiallinien behoben. Folglich kann eine Änderung des Potentialgradienten entlang der Längsrichtung der Beschleunigungsröhre auch bei einem Bereich 12 mit einem großen Widerstand an der inneren Oberfläche der Beschleunigungsröhre auf einen kleinen Wert gedrückt werden. Ferner wird die Verteilung des elektrischen Feldes innerhalb einer von den Äquipotentiallinien umgrenzten Ebene (ein Querschnitt, der durch Schneiden der Beschleunigungsröhre 2 an den Potentiallinien erhalten wird) in etwa glatt, und infolgedessen wirkt auf einen entlang der Zentralachse verlaufenden Elektronenstrahl keine lateral gerichtete Kraft ein. Daher kann der Potentialgradient innerhalb einer von den mit Metall metallisierten Bereichen 8 umgrenzten Ebene auf einem in etwa feststehenden Wert gehalten und somit eine kleine Aberration geschaffen werden.
-
8 zeigt eine Modifikation der in 1 gezeigten Elektronenkanone. Die in 8 gezeigte Elektronenkanone weist einen Aufbau ohne Steuerelektrode 5 auf, so dass die gesamte Beschleunigungsröhre 2 von einem leitfähigen Isolator 7 gebildet ist. In diesem Falle wird ein von der FE-Elektronenquelle 1 extrahierter Elektronenstrahl 4 geradlinig beschleunigt und tritt aus der Elektronenkanone aus, und infolgedessen kann eine kleinere Aberration geschaffen werden. Ferner kann auch auf eine Steuerspannungsquelle für die Steuerspannung (V2) verzichtet werden.
-
Bei der Beschreibung dieser Ausführungsform wird als repräsentatives Beispiel angenommen, dass die Elektronenkanone einen Beschleunigungsröhrenaufbau für eine Beschleunigungsspannung von 100 bis 300 kV aufweist. Die Beschleunigungsspannung ist indes nicht auf einen Wert aus diesem Bereich beschränkt. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht allein auf die in Verbindung mit dieser Ausführungsform erläuterte Elektronenkanone beschränkt, die vorliegende Erfindung erstreckt sich vielmehr auch auf andere Vorrichtungen, die einen Strahl geladener Teilchen abgeben, wie zum Beispiel eine Ionenkanone.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- FE-Elektronenquelle
- 2
- Beschleunigungsröhre
- 3
- Extraktionselektrode
- 4
- Elektronenstrahl
- 5
- Steuerelektrode
- 6
- Isolationswerkstoff-Isolator
- 7
- leitfähiger Isolator
- 8
- Bereich mit aufmetallisiertem Metall
- 9
- Metallleiter
- 10
- Beschleunigungselektrode
- 11
- Ableitwiderstand
- 12
- Bereich großen Widerstands
- 13, 14
- Metallelement
