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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenkanone mit einer Schottky-Elektronenquelle oder einer Feldemissionselektronenquelle und eine mit diesen Elektronenkanonen ausgerüstete Ladungsteilchenstrahlvorrichtung.
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STAND DER TECHNIK
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Weil die Schottky-Elektronenkanone und die Feldemissionselektronenkanone stabil einen elektrischen Strom hoher Helligkeit mit einer engen Energieverteilung emittieren können, werden diese Elektronenkanonen für die Elektronenkanone einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung wie etwa ein Rasterelektronenmikroskop (REM) und ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) verwendet. Insbesondere werden diese Elektronenkanonen zum Beispiel wegen ihrer Eigenschaften einer engen Energieverteilung und einer hohen Helligkeit für die Elektronenkanone eines Elektronenmikroskops zur Analyse verwendet.
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3 zeigt schematisch den Aufbau einer bekannten Elektronenkanone, wobei eine Schottky-Elektronenkanone als ein Beispiel verwendet wird. Die Elektronenkanone ist aus mindestens den folgenden Komponenten aufgebaut und weist eine Elektronenquelle 1, die aus einem Wolfram-Einkristallmaterial mit einer scharfen Spitze gebildet ist, einen Heizdraht 2, der an die Elektronenquelle 1 angeschweißt ist, zum Erwärmen der Elektronenquelle 1, eine Beschichtung aus Zirkondioxid 3 über der Elektronenquelle 1, eine Suppressorelektrode 4, die von dem Heizdraht 2 erzeugte Thermoelektronen unterdrückt, eine Extraktionselektrode 5, die ein starkes elektrisches Feld an der Spitze der Elektronenquelle 1 zum Extrahieren von Elektronen liefert, und eine oder mehrere Beschleunigungselektroden 6 auf, die die extrahierten Elektronen auf eine vorbestimmte Energie beschleunigen. Die Elektronenkanone in 3 entspricht dem Fall mit einer Stufe der Beschleunigungselektrode. Darüber hinaus weist die Extraktionselektrode 5 eine Blende 7 auf, die die hindurchtretenden Elektronen (den Elektronenstrahl) begrenzt.
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Ein negatives Potenzial V0 wird bezogen auf das Erdpotenzial an die Elektronenquelle 1 angelegt. Wenn ein elektrischer Strom durch den Heizdraht 2 geleitet wird, wird der Heizdraht 2 auf eine Temperatur von etwa 1.800 K erwärmt und die Zirkondioxidbeschichtung 3 über der Elektronenquelle 1 diffundiert zur Spitze der Elektronenquelle 1. Dabei wird die Austrittsarbeit an der Spitze der Elektronenquelle 1, das heißt die Austrittsarbeit auf der Kristallebene (100) eines Einkristalls, auf etwa 2,8 eV verringert. Wird eine positive Spannung V1 bezogen auf die Elektronenquelle 1 an die Extraktionselektrode 5 angelegt, wird das elektrische Feld nahe der Spitze der Elektronenquelle 1 erhöht und Elektronen (ein Elektronenstrahl) werden aus der Kristallebene der Elektronenquelle 1, auf der die Austrittsarbeit verringert wird, durch den Schottky-Effekt zu der Extraktionselektrode 5 hin emittiert (technisch gesehen werden Elektronen aus Kristallebenen in tetragonaler Symmetrie orthogonal zu der Kristallebene (100) wie etwa der Kristallebene (101) und der Kristallebene (001) an den Seiten nahe der Spitze der Elektronenquelle emittiert, zusätzlich zu der Kristallebene (100) an der Spitze der Elektronenquelle).
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Von den Elektronen, die von der Elektronenquelle 1 emittiert werden, werden die Elektronen, die die Extraktionselektrode 5 passiert haben, von der Beschleunigungselektrode 6 mit einer vorbestimmten Beschleunigungsspannung beschleunigt und von der Elektronenkanone emittiert. Die von der Elektronenkanone emittierten Elektronen werden zum Beispiel durch eine Kondensorlinse und eine Objektivlinse (nicht gezeigt) auf eine bestimmte Vergrößerung verringert und auf eine Probe gelenkt.
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Das Elektronenmikroskop erfasst Sekundärelektronen, Transmissionselektronen und Reflexionselektronen, die durch die Wechselwirkung zwischen Elektronen und einer Probe erzeugt werden, wenn die Elektronen mit der Probe kollidieren, und beobachtet und untersucht die Mikrostruktur der Probe.
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Hierbei wird, wenn zum Beispiel ein Elektronenstrahlfleck durch einen Leuchtschirm beobachtet wird, gelegentlich als Streulicht bezeichnete Helligkeit in der Umgebung eines Hauptstrahls bestätigt.
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4 zeigt einen Hauptstrahl 30 und ein Streulicht 31 eines tatsächlich beobachteten Elektronenstrahlflecks. Dabei zeigt 4(a) eine fotografische Aufnahme und 4(b) ein Schemadiagramm. Das Streulicht 31 bewirkt eine Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses und eine Verringerung der Auflösung des mit dem Elektronenmikroskop beobachteten Bilds und verursacht einen System-Peak bei der Analyse.
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Wie in
5 gezeigt, wird in dem zugehörigen Patentdokument 1 angenommen, dass das Streulicht durch Elektronen (der Elektronenstrahl R) verursacht wird und dass der Elektronenstrahl B2, der von den Kristallebenen
1b (zum Beispiel die Kristallebene (010) und die Kristallebene (001)) auf den Seitenflächen nahe der Spitze einer Elektronenquelle
1 (ein Wolfram-Einkristall) emittiert wird, auf eine Extraktionselektrode
5 reflektiert wird. In diesem Zusammenhang wird der Hauptstrahl B1 von einer Spitzenfläche
1a der Elektronenquelle
1 (das heißt die Kristallebene (100)) emittiert. In dem zugehörigen Patentdokument
1 (
Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2008-117662 ) wurden als Maßnahmen gegen das Streulicht mehrere Blenden
7 und
8 (zum Beispiel zwei Blenden) in einem Elektronenstrahldurchgang vorgesehen, um den Winkel, mit dem die Elektronen hindurchtreten, geometrisch zu begrenzen, wie in
6 gezeigt. Als Folge wird der Reflexionselektronenstrahl R von der Extraktionselektrode, der durch den von den Spitzenseitenflächen der Elektronenquelle
1 emittierten Elektronenstrahl verursacht wird, geometrisch begrenzt. In dem Fall, wo die Blenden
7 und
8 an der Extraktionselektrode
5 angebracht sind, begrenzen die Blenden
7 und
8 den Durchtrittswinkel der Elektronen auf einen Winkel von 6 Grad.
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ZITIERLISTE
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Patentliteratur
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- Patentdokument 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2008-117662
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Technisches Problem
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In der Elektronenkanone tritt Streulicht auch aufgrund anderer Ursachen als der Reflexionselektronen R von den Seitenflächen der Extraktionselektrode auf. Dies liegt daran, dass Streulicht, wie durch Versuche bestätigt, eine Komponente umfasst, deren Energie einige wenige Kilovolt niedriger als die Energie des Hauptstrahls ist, und diese Komponente aufgrund anderer Ursachen als der Reflexionselektronen auftritt. Von den Elektronen, die von der Elektronenquelle 1 emittiert werden, passieren 1/100 oder weniger die Extraktionselektrode 5, und die meisten der Elektronen kollidieren mit der Extraktionselektrode 5 und der Blende 7. So beträgt zum Beispiel der gesamte von der Elektronenquelle emittierte elektrische Strom von einigen wenigen bis zu einigen Hundert Mikroampere, während der elektrische Strom, der die auf der Extraktionselektrode 5 angeordnete Blende 7 passiert, von einigen zig bis zu einigen Hundert Nanoampere beträgt.
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7 zeigt die Einzelheiten einer bekannten Blende 7, die an einer Extraktionselektrode 5 angebracht ist. 7' bezeichnet eine Strahlendurchtrittsöffnung der Blende 7. Eine Scheibe 70, die die Blende 7 bildet, besteht aus Molybdän mit einer Dicke von 10 bis 50 μm, und die Oberfläche der Molybdänscheibe 70 ist mit Platinpalladium 71 in einer Dicke von 10 bis 50 nm beschichtet, um eine Elektrifizierung aufgrund einer Oxidationsschicht zu verhindern. Wenn Elektronen mit der Blende 7 an der Extraktionselektrode 5 kollidieren, erzeugt die Wechselwirkung zwischen den Elektronen und dem Platinpalladium ein Sekundärelektron e2 (siehe 8). Darüber hinaus erstreckt sich ein von der Extraktionselektrode 5 und einer Beschleunigungselektrode 6 erzeugtes elektrisches Feld, wie in 8 gezeigt, über die Blende 7 an der Extraktionselektrode 5 hinaus (siehe 3). Durch dieses elektrische Feld wirkt eine Kraft auf das an der Blende 7 erzeugte Sekundärelektron e2 in der Richtung ein, in der das Sekundärelektron e2 durch die Blende 7 (die Öffnung 7') hindurchtritt. Das Sekundärelektron e2, das die Blende 7 passiert hat, wird weiter beschleunigt und von der Elektronenkanone emittiert. Verglichen mit dem Hauptstrahl der direkt von der Elektronenquelle 1 emittierten Primärelektronen wird der Elektronenstrahl der an der Blende 7 erzeugten Sekundärelektronen e2 im Elektronenmikroskop als räumlich verteiltes Streulicht mit niedriger Energie beobachtet. Das Streulicht bewirkt eine Verringerung der Auflösung, eine Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses und einen System-Peak bei der Analyse.
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Das zugehörige Patentdokument 1 beschreibt weder das Erkennen der durch die Sekundärelektronen erzeugten Probleme an der Blende 7 noch ein Mittel zur Lösung der Probleme.
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Die vorliegende Erfindung wird in Anbetracht der Umstände der Probleme gemacht. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verringerung der Menge der Sekundärelektronen, die an einer Blende an einer Extraktionselektrode erzeugt werden, sowie die Verhinderung des Auftretens von Streulicht.
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Lösung des Problems
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Zur Lösung der Probleme ist die vorliegende Erfindung im Wesentlichen wie folgt aufgebaut.
- (1) Im Einzelnen weist eine Elektronenkanone eine Elektronenquelle, eine Extraktionselektrode, die so aufgebaut ist, dass ein elektrisches Feld an die Elektronenquelle angelegt wird, um Elektronen aus der Elektronenquelle zu extrahieren, wobei die Extraktionselektrode eine Blende aufweist, die so aufgebaut ist, dass sie einen Teil der Elektronen von der Elektronenquelle durchlässt, und eine Beschleunigungselektrode auf, die so aufgebaut ist, dass die mit der Extraktionselektrode extrahierten Elektronen mit einer vorbestimmten Beschleunigungsspannung beschleunigt werden. In der Elektronenkanone sind eine oder mehrere Blenden vorgesehen, und die Oberfläche eines Grundmaterials mindestens einer Blende, die der Elektronenquelle am nächsten ist, ist mit einem Material, das eine Sekundärelektronenemissionsrate von 0,6 oder weniger aufweist, wenn die Strahlungsenergie der Primärelektronen, die mit der Blende kollidieren, zwischen 2 und 3 kV liegt, als ein Material mit einer geringen Sekundärelektronenemissionsrate beschichtet.
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Vorzugsweise ist das auf die Oberfläche des Grundmaterials der Blende aufgebrachte Beschichtungsmaterial zum Beispiel Kohlenstoff oder Bor.
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Die Elektronenkanone wird vorzugsweise für eine Schottky-Elektronenkanone oder eine Feldemissionselektronenkanone als ein Anwendungsobjekt verwendet, ist aber nicht hierauf beschränkt. Die Elektronenkanone ist auch für andere Elektronenkanonen mit ähnlichen Problemen geeignet.
- (2) Darüber hinaus wird mit der Erfindung nach der vorliegenden Anmeldung zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Konfiguration eine Elektronenkanone vorgeschlagen, bei der die Extraktionselektrode mit zwei oberen und unteren Blenden versehen ist und ein Potenzial dieser Blenden gleich dem Potenzial der Extraktionselektrode eingestellt wird.
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Wie bei der Konfiguration in Punkt (1) gezeigt, wird das Material auf der Oberfläche des Grundmaterials der Blende 7 an der Extraktionselektrode 5 in ein Material mit einer geringen Sekundärelektronenemissionsrate geändert, so dass es möglich ist, die Menge an Sekundärelektronen zu verringern, die von der Oberfläche des Grundmaterials der Blende erzeugt werden, weil ein Primärelektronenstrahl (ein von der Elektronenquelle emittierter Elektronenstrahl) mit der Blende 7 kollidiert.
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Außerdem wird das Potenzial der zwei oberen und unteren Blenden an der Extraktionselektrode wie in Punkt (2) so geregelt, dass es gleich dem Potenzial der Extraktionselektrode ist, so dass es möglich ist, ein elektrisches Feld auszuschalten, das von unterhalb bis oberhalb der Extraktionselektrode reicht. Auch wenn Sekundärelektronen an der Oberfläche des Grundmaterials des Blendenventils erzeugt (emittiert) werden, ist es daher möglich, den Durchgang der Sekundärelektronen durch die Blende zu verhindern.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Menge der Sekundärelektronen zu verringern, die an einer Blende an einer Extraktionselektrode erzeugt werden.
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Daher wird das Auftreten von Streulicht verhindert, so dass es möglich ist, ein Bild mit einer hohen Auflösung und einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis zu beobachten, wenn zum Beispiel eine Probe mit einem Elektronenmikroskop untersucht wird. Außerdem wird ein System-Peak bei der Analyse vermieden.
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Darüber hinaus wird zusätzlich zu den vorstehenden Konfigurationen das Verfahren, mit dem das Potenzial der zwei oberen und unteren Blenden so geregelt wird, dass es gleich dem Potenzial der Extraktionselektrode ist, selektiv angewendet, so dass, auch wenn Sekundärelektronen erzeugt werden, wie vorstehend beschrieben, verhindert wird, dass die Sekundärelektronen durch die Blende hindurchtreten, und es möglich ist, das Auftreten von durch die Sekundärelektronen verursachtem Streulicht wirksamer zu verhindern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein Schemadiagramm einer ersten Ausführungsform einer Schottky-Elektronenkanone, auf die die vorliegende Erfindung angewendet worden ist.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer in der Hälfte durchgeschnittenen Blende, die an einer Extraktionselektrode nach der Ausführungsform angebracht ist.
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3 zeigt ein Schemadiagramm einer beispielhaften bekannten Schottky-Elektronenkanone.
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4 zeigt ein beispielhaftes Streulichtbild, das mit einem Elektronenmikroskop beobachtet wird, wobei 4(a) eine fotografische Aufnahme des Streulichtbildes und 4(b) ein Schemadiagramm zeigt.
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5 zeigt ein Schemadiagramm einer Ursache für das Auftreten von Streulicht bei einer bekannten Technik.
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6 zeigt ein Schemadiagramm der bekannten Technik, bei der die Reflexionselektronen der von den Seitenflächen einer Elektronenquelle emittierten Elektronen mit einer Extraktionselektrode begrenzt werden.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer in der Hälfte durchgeschnittenen bekannten Blende, die an der Extraktionselektrode angebracht ist.
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8 zeigt ein Schemadiagramm der Art und Weise, wie ein Sekundärelektron, das an der Blende an der Extraktionselektrode erzeugt wird, nach der bekannten Technik durch die Blende hindurchtritt.
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9 zeigt ein Schemadiagramm der Potenzialverteilung in der Nähe der Blenden an einer Extraktionselektrode, wenn zwei Blenden vorgesehen sind.
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10 zeigt ein Schemadiagramm einer Elektronenmikroskop-Anlage mit einer Elektronenkanone nach der vorliegenden Erfindung.
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11 zeigt ein Schemadiagramm eines Steuerungsbildschirms für eine Elektronenkanone, der auf einem Steuerungs-PC angezeigt wird.
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12 zeigt ein Schemadiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der Ausführungsformen in 1, 2 und 9 bis 13 beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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Eine in 1 gezeigte Ausführungsform (eine erste Ausführungsform) ist eine Schottky-Elektronenkanone als ein Beispiel, auf das die vorliegende Erfindung angewendet worden ist.
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In der Zeichnung sind eine Elektronenquelle 1 (ein Emitter), ein Heizdraht 2, Zirkondioxid 3, eine Suppressorelektrode 4, eine Extraktionselektrode 5 und eine Beschleunigungselektrode 6 ähnlich den in 3 gezeigten bekannten Komponenten gezeigt.
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Im Einzelnen wird für den Betrieb der Elektronenkanone die aus einem Wolfram-Einkristallmaterial bestehende Elektronenquelle 1 mit dem Heizdraht 2 auf eine Temperatur von etwa 1.800 K erwärmt. Dabei diffundiert die Zirkondioxidbeschichtung 3 über der Elektronenquelle, und die Austrittsarbeit an der Kristallebene (100) der Spitzenfläche der Elektronenquelle 1 wird auf etwa 2,8 eV verringert. Wenn ein positives Potenzial der Austrittsarbeit oder mehr an die Extraktionselektrode 5 bezogen auf die Elektronenquelle 1 angelegt wird, wird ein elektrisches Feld nahe der Spitze der Elektronenquelle 1 erhöht und Elektronen werden von der Elektronenquelle 1 emittiert. Von den Elektronen, die von der Elektronenquelle 1 emittiert werden, werden die Elektronen, die durch die Blenden 7A und 8A an der Extraktionselektrode 5 hindurchtreten, an der Beschleunigungselektrode 6 mit einer vorbestimmten Beschleunigungsspannung beschleunigt und als der Elektronenstrahl von der Elektronenkanone emittiert. Andererseits werden die Elektronen, die die Extraktionselektrode 5 nicht passieren können, größtenteils in der Extraktionselektrode 5 absorbiert, wenn sie mit der Extraktionselektrode 5 kollidieren. Nach der bekannten Technik erzeugt ein Teil der Elektronen, wie vorstehend beschrieben, aufgrund der Wechselwirkung zwischen den Blendenelementen, der Extraktionselektrode und den Primärelektronen sowohl Sekundärelektronen als auch Reflexionselektronen.
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Bei der Ausführungsform ist zunächst die folgende Konfiguration vorgesehen, um die Erzeugung dieser Sekundärelektronen zu verhindern.
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Als Erstes sind mehrere Blenden, zum Beispiel zwei obere und untere Blenden 7A und 8A, an der Extraktionselektrode 5 vorgesehen. Ein Material 72 mit einer geringen Sekundärelektronenemissionsrate wird als Beschichtung auf der Oberfläche des Grundmaterials 70 (zum Beispiel Molybdän) mindestens der oberen Blende 7A aufgebracht, wie in 2 gezeigt. Kohlenstoff und Bor werden als bevorzugte Beschichtung 72 genannt.
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In dem Fall, wo die Elektronen von der Elektronenquelle veranlasst werden, mit einem Target bei einer Elektronenstrahlungsenergie von 2 bis 3 kV zu kollidieren, liegt die Sekundärelektronenemissionsrate von Kohlenstoff zwischen 0,2 und 0,6 und die Sekundärelektronenemissionsrate von Platin zwischen 1,0 und 1,5. Die Sekundärelektronenemissionsraten sind zum Beispiel in „A DATA BASE ON ELECTRON-SOLID INTERACTIONS”, David Joy (URL:rsh.nst.pku.edu.cn/software/database0101.doc), beschrieben. Daher können in dem Fall, wo die Kohlenstoffschicht 72 auf der Oberfläche des Grundmaterials 70 der Blende 7A aufgebracht ist, die von der Blende 7A emittierten Sekundärelektronen (genau genommen die Sekundärelektronen, die erzeugt werden, wenn die Primärelektronen von der Elektronenquelle 1 veranlasst werden, mit der Blende 7A zu kollidieren) im Vergleich zu der bekannten Blende 7 auf 1/5 bis 2/5 verringert werden. Die in 2 gezeigte Kohlenstoffschicht 72 wird auf mindestens die Oberseite des Grundmaterials 70 der Blende 7A aufgebracht, das heißt auf die Oberfläche, auf die der Primärelektronenstrahl von der Elektronenquelle einwirkt. Die Dicke der Kohlenstoffschicht 72 muss dick genug sein, um zu verhindern, dass die von der Elektronenquelle emittierten Primärelektronen die Kohlenstoffschicht 72 durchdringen. Ist die Schichtdicke jedoch zu hoch, so ist die Beschichtung anfällig gegen Abblättern. Die Schichtdicke der Kohlenstoffschicht 72 beträgt wünschenswerterweise 500 nm oder weniger. Eine typische vorzugsweise Schichtdicke der Beschichtung beträgt zwischen 50 und 200 nm.
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Die Kohlenstoffschicht wird als das Beschichtungsmaterial für die Blende verwendet, wie vorstehend beschrieben, so dass es möglich ist, die Menge der an der Blende an der Extraktionselektrode erzeugten Sekundärelektronen zu verringern. Nach der Ausführungsform war es bei der Untersuchung einer Probe mit einem Elektronenmikroskop möglich, ein Bild mit einer hohen Auflösung und einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis zu beobachten, indem das Auftreten von Streulicht verhindert wird.
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Hier ist anzumerken, dass für das Beschichtungsmaterial 72 auch Bor eine geringe Sekundärelektronenemissionsrate ähnlich wie Kohlenstoff erreichen kann. Die Sekundärelektronenemissionsrate von Bor beträgt 0,4 oder weniger, wenn die Elektronen von der Elektronenquelle dazu veranlasst werden, bei einer Elektronenstrahlungsenergie von 2 bis 3 kV mit Bor zu kollidieren.
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Das technische Konzept der Erfindung nach der vorliegenden Anmeldung besteht im Wesentlichen darin, dass die Oberfläche des Grundmaterials der Blende, die an der Extraktionselektrode der Elektronenkanone angebracht ist, mit einem Material als einem Material mit einer geringen Sekundärelektronenemissionsrate beschichtet wird, das eine Sekundärelektronenemissionsrate von 0,6 oder weniger aufweist, wenn die Strahlungsenergie der Primärelektronen, die mit der Blende kollidieren, zwischen 2 und 3 kV beträgt. Sofern die Bedingungen für die Sekundärelektronenemissionsrate erfüllt ist, kann ein anderes Material als Kohlenstoff und Bor für das Grundmaterial verwendet werden, das auf die Oberfläche des Grundmaterials der Blende aufgebracht wird.
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Darüber hinaus ist das Potenzial der zwei oberen und unteren Blenden, das heißt der Blende 7A und der Blende 8A, gleich dem Potenzial der Extraktionselektrode 5.
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9 zeigt ein Schemadiagramm der Potenzialverteilung in der Nähe der Blenden 7A und 8A für diesen Fall. Weil das Potenzial in dem Raum zwischen der Blende 7A und der Blende 8A gleich dem Potenzial der Extraktionselektrode 5 ist, beträgt in 9 das elektrische Feld in dem Raum null. Daher ist das zwischen der Beschleunigungselektrode 6 und der Extraktionselektrode 5 erzeugte elektrische Feld in diesem Raum entspannt und reicht nicht über die Blende 7A hinaus. Bei der Ausführungsform ist die Blende 7A, wie bereits beschrieben, mit der Beschichtung 72 aus einem Material mit einer geringen Sekundärelektronenemissionsrate versehen. Auch wenn ein Elektronenstrahl nahe der Blende 7A kollidiert und Sekundärelektronen erzeugt, ist das zwischen der Beschleunigungselektrode 6 und der Extraktionselektrode 5 erzeugte elektrische Feld in diesem Raum entspannt und reicht nicht über die Blende 7A hinaus. Daher werden die Sekundärelektronen in der Extraktionselektrode 5 absorbiert, wobei sie in der Extraktionselektrode 5 gestreut werden, aber die Blende 7A nicht passieren.
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Weil das elektrische Feld über die Blende 8A hinausreicht, werden andererseits Sekundärelektronen erzeugt, wenn der Hauptelektronenstrahl (Primärelektronen), der die Blende 7A durchsetzt, mit der Blende 8A kollidiert. Diese Sekundärelektronen durchsetzen die Blende 8A, die an der Extraktionselektrode 5 angebracht ist. In diesem Fall, wenn die Blende 8A auch mit einem Material mit einer geringen Sekundärelektronenemissionsrate (zum Beispiel Kohlenstoff und Bor) beschichtet ist, kann die Erzeugung von Sekundärelektronen wirksam verhindert werden. Anstelle des Materials kann jedoch auch die nachfolgende strukturelle Überlegung die Erzeugung von Sekundärelektronen an der Blende 8A wirksam verhindern.
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Im Einzelnen wird der Lochdurchmesser der Blende 8A geometrisch auf mehr als den der Blende 7A vergrößert, damit die Hauptelektronen nicht mit dem Grundmaterial 70 der Blende 7A kollidieren. Zudem ist der Abstand zwischen den zwei Blenden wünschenswerterweise mindestens gleich dem Innendurchmesser der Blende 8A, damit das elektrische Feld nicht über die Blende 7A hinausreicht. Wenn der Innendurchmesser der Blende 7A zum Beispiel 0,5 mm und der Abstand zwischen der Spitze der Elektronenquelle 1 und der Blende 7A zum Beispiel 1,5 mm betragen, wird der Innendurchmesser der Blende 8A auf 0,6 mm eingestellt, und der Abstand zwischen den zwei Blenden 7A und 8A wird auf 0,6 mm oder mehr eingestellt. Wird andererseits jedoch der Abstand zwischen den zwei Blenden 7A und 8A zu groß, wird die Extraktionselektrode 5 dick, was gelegentlich ein Problem dahingehend verursacht, dass sich die optischen Eigenschaften der Elektronenkanone verschlechtern. Daher beträgt der Abstand zwischen den zwei Blenden 7A und 7B wünschenswerterweise das Ein- bis Dreifache des Innendurchmessers der Blende 8A.
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Hier ist zu beachten, dass bei der Ausführungsform die zwei Blenden
7A und
8A vorgesehen sind, so dass eine Wirkung ähnlich der bereits beschriebenen Wirkung nach dem zugehörigen Patentdokument 1 (
Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2008-117662 ) erhalten wird, das heißt die Wirkung kann auch ausgeübt werden, um den Durchtritt des in der Extraktionselektrode reflektierten Elektronenstrahls R zu verhindern, wie in
6 in der vorliegenden Anmeldung gezeigt.
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Nach der Ausführungsform werden die Elektronen, die durch die Extraktionselektrode 5 hindurchtreten, mit einer vorbestimmten Energie an der Beschleunigungselektrode 6 beschleunigt und von der Elektronenkanone emittiert. Weil es sich bei allen emittierten Elektronen nur um Elektronen handelt, die von der Elektronenquelle 1 emittiert werden, tritt kein Streulicht auf, wenn eine Probe mit dem Elektronenmikroskop untersucht wird, und ein Bild mit einer hohen Auflösung und einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis kann erhalten werden. Darüber hinaus ist es möglich, einen System-Peak bei der Analyse auszuschalten.
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10 zeigt ein Schemadiagramm einer Transmissionselektronenmikroskop-Anlage (TEM/RTEM) als eine beispielhafte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit der Elektronenkanone nach der vorliegenden Erfindung. Das Elektronenmikroskop besteht aus einem Hauptteil 10 mit einer Elektronenkanone 13 nach der vorstehenden Ausführungsform, einer Stromversorgung 11, die eine Spannung und einen elektrischen Strom für den Betrieb des Hauptteils liefert, und einer Steuereinheit 12, die den Hauptteil 10 steuert, indem sie den Ausgang der Stromversorgung regelt.
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In dieser Konfiguration umfasst der Hauptteil 10 die Elektronenkanone 13, die Elektronen erzeugt und mit einer bestimmten Energie emittiert, ein Beleuchtungssystem 14, das die emittierten Elektronen auf eine Probe lenkt, einen Probentisch 16 zur Aufnahme einer Probe 15 und zum Transportieren der Probe 15 in einer bestimmten Richtung, einen Sekundärelektronendetektor 17a, der Signale erfasst, wenn die Elektronen mit der Probe kollidieren, einen Streuelektronendetektor 17b, Detektionssysteme wie ein Transmissionselektronen-Detektionssystem 17c und andere Detektionssysteme, ein Bilderzeugungssystem 18, das die Vergrößerung und den Winkel der Elektronen steuert, die die Probe durchsetzen sollen, und ein Absaugsystem 19, das das gesamte System zum Beispiel bis zum Vakuum absaugt. Die Stromversorgung 11 umfasst eine Spannungsversorgung, die ein Potenzial an die Elektroden der Elektronenkanone 10 anlegt, und elektrische Stromversorgungen, die elektrische Ströme durch die Linsen des Beleuchtungssystems 14 und des Bilderzeugungssystems 18 leiten; außerdem umfasst sie eine Stromversorgung, die die Einheiten des Hauptteils 10 versorgt, und eine Stromversorgung, die zum Beispiel die Steuereinheit 12 versorgt.
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Die Steuereinheit 12 dient zur Steuerung des Hauptteils 10, indem sie den Ausgang der Stromversorgung 11 regelt. Im Hinblick auf die Elektronenkanone steuert die Steuereinheit 12 zum Beispiel die Beschleunigungsspannung, die Extraktionsspannung und den Heizstrom, und steuert die Elektronenkanone, um Elektronen mit einer bestimmten Beschleunigungsenergie in einer bestimmten Menge zu emittieren. Die Elektronenkanone 13 weist die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Blenden 7A und 8A auf, wobei mindestens die Blende 7A mit einem Material mit einer geringen Sekundärelektronenemissionsrate beschichtet ist und ein Potenzial, das gleich dem Potenzial der Extraktionselektrode ist, an den Raum zwischen den Blenden 7A und 8A angelegt wird. 10 zeigt ein Schemadiagramm des Transmissionselektronenmikroskops (TEM/RTEM). Eine ähnliche Wirkung kann bei der in der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Elektronenkanone 13 erwartet werden, auch wenn die Elektronenkanone 13 auf einem Rasterelektronenmikroskop (REM) montiert ist.
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11 zeigt einen beispielhaften Elektronenkanonen-Steuerungsbildschirm, der auf dem Bildschirm der Steuereinheit angezeigt wird. 11 zeigt einen Steuerungsbildschirm für die Schottky-Elektronenkanone. Die eingestellten Werte werden auf der linken Seite des Bildschirms angezeigt, und die Einschalttaste für die Hochspannung (HV EIN) sowie die gemessenen Werte werden auf der rechten Seite angezeigt. Die Beschleunigungsspannung (V0), die Extraktionsspannung (V1) und der Heizstrom (If) werden auf der linken Seite des Bildschirms eingestellt. Durch Drücken der Taste HV EIN wird ein negatives Beschleunigungspotenzial (–V0) an die Elektronenquelle 1 angelegt. Darüber hinaus wird ein elektrischer Strom durch den Heizdraht 2 geleitet, um die Elektronenquelle 1 zu erwärmen. Wenn eine positive Extraktionsspannung (V1) an die Extraktionselektrode 5 bezogen auf die Elektronenquelle angelegt wird, nachdem die Elektronenquelle 1 ausreichend aufgeheizt ist, werden Elektronen von der Elektronenquelle 1 emittiert. Hierbei erfasst ein Emissionsstrom (Ie) die von der Elektronenquelle 1 emittierten Elektronen oder einen elektrischen Strom, der durch die Elektronen verursacht wird, die in der Extraktionselektrode 5 absorbiert werden. Das Potenzial der zwei Blenden 7A und 8A nach der Ausführungsform wird geregelt, so dass es gleich dem Potenzial der Extraktionselektrode ist, wie bereits beschrieben. In 11 werden die Beschleunigungsspannung, die Extraktionsspannung, der Heizstrom und der Emissionsstrom als Messwerte angezeigt. Hierbei können eventuell jedoch alle Werte angezeigt werden oder nur die nötigen Werte werden ausgewählt und angezeigt.
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Zweite Ausführungsform
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12 zeigt eine weitere Ausführungsform (eine zweite Ausführungsform) mit Beschleunigungselektroden in mehreren Stufen. Die Unterschiede zwischen dieser Ausführungsform und der ersten Ausführungsform bestehen darin, dass bei der ersten Ausführungsform eine Schottky-Elektronenkanone mit der Beschleunigungselektrode 6 in einer einzelnen Stufe gezeigt ist, während bei der zweiten Ausführungsform eine Schottky-Elektronenkanone mit Beschleunigungselektroden in drei Stufen gezeigt ist. Die Konfigurationen der Blenden 7A und 8A sind ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Die grundlegenden Funktionen und die Wirkung der Ausführungsform sind ähnlich der in 1, weshalb auf die Beschreibung verzichtet wird.
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Bei der Ausführungsform wird eine Steuerspannung V2 mit einem positiven Potenzial bezogen auf eine Elektronenquelle 1 an eine Beschleunigungselektrode 6a angelegt. Eine Beschleunigungselektrode 6c ist geerdet, und eine Spannung an den Beschleunigungselektroden 6a und 6b und eine Spannung an den Beschleunigungselektroden 6b und 6c werden mit einem Teilungswiderstand 9 auf eine gleiche Spannung ((V0 – V2)/2) geteilt. Hier wird die Steuerspannung V2 zur Steuerung der Elektronenbahn verwendet, nachdem die Elektronen die Beschleunigungselektrode 6 passiert haben.
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Außerdem handelt es sich bei der Ausführungsform bei allen von der Elektronenkanone emittierten Elektronen nur um Elektronen, die von der Elektronenquelle 1 emittiert werden. Daher tritt bei der Untersuchung einer Probe mit einem Elektronenmikroskop kein Streulicht auf, und es ist möglich, ein Bild mit einer hohen Auflösung und einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten. Außerdem ist es auch möglich, einen System-Peak bei der Analyse auszuschalten.
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Die in 1 und 12 gezeigten Ausführungsformen zeigen mögliche Ausführungsformen der Schottky-Elektronenkanone. Die gleiche Wirkung kann jedoch auch im Falle einer Feldemissionselektronenkanone erzielt werden. Auch im Falle der Feldemissionselektronenkanone wird ein Wolfram-Einkristall für eine Elektronenquelle verwendet, und eine Extraktionselektrode und eine Beschleunigungselektrode sind in gleicher Weise wie bei der Schottky-Elektronenkanone angeordnet. Die Extraktionselektrode ist mit den Blenden 7A und 8B versehen, ähnlich wie bei den bereits beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen. Wie allgemein bekannt, unterscheidet sich die Feldemissionselektronenkanone von der Schottky-Elektronenkanone darin, dass die Feldemissionselektronenkanone eine Elektronenkanone ist, die das Phänomen der Feldemission nutzt, bei Umgebungstemperatur betrieben wird und ein ultrahohes Vakuum benötigt. Die Konfigurationen der Blenden 7A und 8A sind ähnlich wie bei der Schottky-Elektronenkanone, und für diese Ausführungsform wurde auf Zeichnungen verzichtet.
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Bei den vorstehenden Ausführungsformen ist als Beispiel gezeigt, dass die zwei Blenden 7A und 8A an der Extraktionselektrode angebracht sind. Es können jedoch auch nur eine Blende oder drei oder mehr Blenden vorgesehen sein, wobei mindestens die Blende 7A, die der Elektronenquelle am nächsten ist, mit einem Material mit einer geringen Sekundärelektronenemissionsrate beschichtet ist.
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Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht nur für das Elektronenmikroskop (TEM/RTEM/REM) geeignet, sondern auch für andere Ladungsteilchenstrahlvorrichtungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wolfram-Einkristall-Elektronenquelle
- 2
- Heizdraht
- 3
- Zirkondioxid
- 4
- Suppressorelektrode
- 5
- Extraktionselektrode
- 6, 6a, 6b, 6c
- Beschleunigungselektrode
- 7, 8
- Blende
- 7A, 8A
- Blende
- 70
- Grundmaterial für die Blende
- 71
- Antistatische Beschichtung
- 72
- Beschichtung zur Verringerung der Menge der erzeugten Sekundärelektronen
- 9
- Teilungswiderstand
- 10
- Hauptteil
- 11
- Stromversorgung
- 12
- Steuereinheit
- 13
- Elektronenkanone
- 14
- Beleuchtungssystem
- 15
- Probe
- 16
- Probentisch
- 17a
- Sekundärelektronendetektor
- 17b
- Streuelektronendetektor
- 17c
- Transmissionselektronendetektor
- 18
- Bilderzeugungssystem
- 19
- Absaugsystem
