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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Elektronenmikroskop, das mit einer Elektronenkanone versehen ist.
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Stand der Technik
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Ein Elektronenmikroskop ist eine Beobachtungsvorrichtung, die unter Verwendung eines Elektronenstrahls ein vergrößertes Bild einer Probe und Informationen über Bestandteile erhält. In dem Elektronenmikroskop werden von einem Elektronenstrahl ein präzises vergrößertes Bild der Probe und ein Ergebnis der Analyse der Elementzusammensetzung der Probe erhalten. Aus diesem Grund spielt eine Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl erzeugt, eine große Rolle.
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Für die Elektronenkanone ist es wichtig, ihren inneren Restgasdruck niedrig zu halten. Um Restgasmoleküle in die Elektronenkanone zu pumpen und die Moleküle auf niedrigem Druck zu halten, ist die Elektronenkanone mit einer Unterdruckpumpe wie etwa einer lonenpumpe (Sputter-Ionenpumpe) versehen. Eine lonenpumpe ist eine Vorrichtung, die Restgasmoleküle in einem Unterdruckbehälter durch Stöße mit einem Elektronenstrahl ionisiert und Restgas durch den Einschluss des Gases in einer Innenwand pumpt.
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In den letzten Jahren wurde außerdem eine Pumpe mit nicht verdampfbarem Getter (NEG-Pumpe) zum Pumpen von Rest-Wasserstoffmolekülen in Kombination mit einer lonenpumpe verwendet. PTL 1 offenbart eine Elektronenkanone, die mit einer lonenpumpe und einem NEG versehen ist. Weiterhin offenbart PTL 2 eine Elektronenkanone, die um eine Elektronenquelle herum mit einem NEG versehen ist.
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Entgegenhaltungsliste
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Patentdokumente
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Es ist wichtig, das Restgas in der Elektronenkanone niedrig zu halten, um die Reinigungshäufigkeit und die Häufigkeit des Austauschs der Elektronenquelle zu reduzieren. In dem in PTL 1 beschriebenen Elektronenmikroskop ist es möglich, das Restgas niedrig zu halten, indem sowohl die Ionenpumpe als auch der NEG bereitgestellt wird. Der NEG ist ein poröser Metallstab und verwendet als Pumpprinzip eine Chemisorption an Metallatomen einer Oberfläche. Vor der Verwendung des NEG werden atmosphärische Moleküle auf einer Metalloberfläche absorbiert und befinden sich in einem inaktiven Zustand. Durch Erhitzen des NEG auf eine hohe Temperatur von etwa 450 °C bei Unterdruck werden die Gasmoleküle auf der Pumpenoberfläche in das Vakuum abgegeben oder in dem NEG sorbiert und die Metallatome auf der Oberfläche werden chemisch aktiv <Aktivierung>. Der aktivierte NEG sorbiert und pumpt Restgasmoleküle wie Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid.
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Bei einem Elektronenmikroskop, wie es in PTL 1 beschrieben ist, ist es nicht möglich, einen NEG zu aktivieren, es sei denn, eine für den NEG vorgesehene Heizung ist zum Aktivieren des NEG bereitgestellt. Darüber hinaus muss zum Zeitpunkt des Backens einer Elektronenkanone oder dergleichen eine dem NEG zugeordnete Heizung aktiviert und auf eine Temperatur eines aktivierten Zustands erwärmt werden. In PTL 2 ist eine spulenförmige Heizung um einen NEG gewickelt und der NEG wird elektrisch erwärmt, um ihn zu aktivieren. Daher ist es notwendig, eine dem NEG zugeordnete Spule um die Elektronenquelle herum anzuordnen. Wenn der NEG aktiviert wird, wird außerdem eine große Menge von Gasmolekülen aus dem NEG emittiert und von umgebenden Komponenten oder der Elektronenquelle absorbiert, was das Leistungsvermögen der Elektronenquelle nachteilig beeinflussen kann.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme ersonnen und ihre Aufgabe besteht darin, ein Mittel zum geeigneten Aktivieren eines NEG zu schaffen und gleichzeitig einen NEG um eine Elektronenquelle herum anzuordnen, ohne eine Heizung zum Aktivieren des NEG zu verwenden.
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Lösung des Problems
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Die Merkmale der vorliegenden Erfindung für die Lösung der obigen Probleme sind wie folgt.
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Die vorliegende Erfindung ist daher ein Elektronenmikroskop, das mit einer Elektronenkanone versehen ist, wobei die Elektronenkanone eine Elektronenquelle, eine Extraktionselektrode und eine Beschleunigungsröhre umfasst, wobei die Beschleunigungsröhre an einem Verbindungsabschnitt mit der Extraktionselektrode verbunden ist, die Extraktionselektrode eine ersten Heizung und einen ersten NEG umfasst, und die erste Heizung und der erste NEG in axialer Richtung eines von der Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahls beabstandet sind.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen stabilen Emissionsstrom über einen längeren Zeitraum zu erzielen, ohne die Elektronenquelle auszutauschen und ohne eine separate Heizung für den NEG zu verwenden, indem der geeignet aktivierte NEG insbesondere an der Extraktionselektrode um die Elektronenquelle herum angeordnet wird. Dadurch ist es möglich, ein Elektronenmikroskop zu erhalten, das keine Langzeitwartung erfordert und ein Beobachtungsbild erzielt, das für eine längere Zeit stärker stabilisiert worden ist.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist eine Darstellung, die ein Elektronenmikroskop in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- [2] 2 ist eine Darstellung, die eine Elektronenkanone in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- [3] 3 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Unterdruckpumpe einer Elektronenkanone mit kalter Feldemission zeigt.
- [4] 4 ist eine vergrößerte Darstellung, die eine Struktur um eine Elektronenquelle herum zeigt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ein Elektronenmikroskop besteht hauptsächlich aus einer Elektronenkanone, einem Elektronenoptiksystem, einem Probenhalter, einem Detektor, einer Bedieneinheit und einer Leistungsversorgungseinheit. Die Elektronenkanone ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls. Das Elektronenoptiksystem ist eine Vorrichtung, die von der Elektronenkanone erzeugte Elektronen transportiert und eine Probe mit den Elektronen bestrahlt. Das Elektronenoptiksystem hat auch eine Funktion des Konvergierens und Ablenkens eines Elektronenstrahls durch eine elektromagnetische Linse. Der Probenhalter ist eine Vorrichtung, die ein Material (eine Probe), das beobachten werden soll, in einem Elektronenstrahlengang in der Elektronenoptik fixiert und das Material nach Bedarf bewegt und neigt.
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Um die Probe mit dem von der Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahl ohne Stöße mit Luftmolekülen zu bestrahlen, muss das Innere der Elektronenkanone auf Unterdruck gehalten werden. Daher ist das Elektronenmikroskop mit einer Unterdruckpumpe versehen. Auf die Probe gestrahlte Elektronen erzeugen reflektierte Elektronen, Sekundärelektronen, transmittierte Elektronen, gestreute Elektronen, Röntgenstrahlen und dergleichen durch Wechselwirkung mit Atomen, aus denen die Probe besteht. In dem Detektor werden diese Elektronen und Röntgenstrahlen gemessen. Zusätzlich wird die Fluoreszenz, die durch den von der Probe transmittierten Elektronenstrahl erzeugt wird, mittels einer Fluoreszenzplatte als Probenbild erhalten.
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Die Leistungsversorgungseinheit liefert elektrische Leistung, die für den Betrieb der Elektronenkanone, des Elektronenoptiksystems, des Detektors und dergleichen erforderlich ist, und führt eine genaue Steuerung aus. Die Bedieneinheit steuert die Leistungsversorgung, analysiert die von dem Detektor erhaltenen Informationen, verarbeitet die Informationen als vergrößertes Bild der Probe und die Elementzusammensetzung der Probe zu einem für eine Bedienperson leicht erkennbaren Zustand, zeigt die Informationen an und zeichnet sie auf. Die Elektronenkanone ist hier eine Vorrichtung, die zur Beobachtung verwendete Elektronen als freie Elektronen bei Unterdruck erzeugt. Außerdem werden in der Elektronenkanone die erzeugten freien Elektronen durch das elektrische Differenzpotential beschleunigt, um eine Gruppe von Elektronen mit kinetischer Energie, d. h. einen Elektronenstrahl, zu bilden. Die von der Elektronenquelle in der Elektronenkanone erzeugte Elektronenmenge pro Zeiteinheit wird als Emissionsstrom bezeichnet.
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Im Folgenden wird eine Kaltkathoden-Feldemissions-Elektronenkanone (Kaltfeldemissions-Elektronenkanone) beschrieben, die eine Art von Elektronenkanone ist. Bei der Kaltfeldemissions-Elektronenkanone wird als Elektronenquelle ein Wolfram-Einkristall verwendet, dessen Spitze durch Schleifen für das elektrische Feld angespitzt ist. Eine Extraktionselektrode ist in der Nähe der Elektronenquelle bereitgestellt. Zwischen der Extraktionselektrode und der Elektronenquelle wird eine Extraktionsspannung von einigen Kilovolt angelegt. Aufgrund der spitzen Form der Elektronenquelle tritt dann eine elektrische Feldkonzentration an der Spitze der Elektronenquelle auf und ein hohes elektrisches Feld wird erzeugt. Aufgrund dieses hohen elektrischen Feldes werden Elektronen aufgrund der Feldemission aus der Spitze der Elektronenquelle emittiert. Bei der Kaltfeldemissions-Elektronenkanone ist die Gesamtmenge der auf diese Weise von der Elektronenquelle durch Feldemission emittierten Elektronenstrahlen der oben beschriebene Emissionsstrom.
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Der Betrag des Emissionsstroms wird nicht nur durch die Extraktionsspannung (und letztlich die elektrische Feldstärke an der Spitze der Elektronenquelle) beeinflusst, sondern auch durch den Oberflächenzustand der Elektronenquelle. In der Elektronenkanone ist eine Kaltfeldemissions-Elektronenquelle angeordnet, deren Restgasdruck durch die Unterdruckpumpe abgesenkt wird. Wenn jedoch einige verbleibende Gasmoleküle von der Elektronenquelle absorbiert werden, nimmt die Austrittsarbeit der Elektronenquelle im Allgemeinen ab und der Emissionsstrombetrag bei derselben elektrischen Feldstärke nimmt ab. Wenn die restlichen Gasmoleküle auf die Elektronenquelle stoßen und absorbiert werden, nimmt daher die Menge an Emissionselektronen ab. Infolgedessen nimmt der Emissionsstrom während des Betriebs der Elektronenkanone unter der Voraussetzung, dass eine konstante Extraktionsspannung angelegt wird, allmählich ab.
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Da, wie es oben beschrieben ist, der Emissionsstrom der Kaltfeldemissions-Elektronenkanone durch den Oberflächenzustand der Elektronenquelle beeinflusst wird, ist es zur stabilen Nutzung erforderlich, die Oberfläche der Elektronenquelle durch erneutes Emittieren von auf der Oberfläche der Elektronenquelle in dem Unterdruck absorbierten Gasmolekülen zu reinigen oder dergleichen. Dies wird durch momentanes Erhitzen des Einkristalls erreicht. Daher verfügen viele Kaltfeldemissions-Elektronenkanonen über einen Mechanismus, der eine Elektronenquelle an die Spitze eines Filaments schweißt, die Elektronenquelle erwärmt, indem das Filament kurzzeitig elektrisch erwärmt wird, und eine Reinigung durchführt. Diese Operation wird als Flashen bezeichnet. Beim Flashen wird die Spitze der Elektronenquelle gereinigt. Bei der Kaltfeldemissions-Elektronenkanone wird dieses Flashen regelmäßig durchgeführt, um einen konstanten Emissionsstrom zu erhalten.
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Indem der Restgasdruck in der Elektronenkanone niedrig gehalten wird, verringert sich hier eine notwendige Reinigungshäufigkeit und die Elektronenquelle kann für eine lange Zeit (etwa mehrere Stunden bis einen Tag) verwendet werden, ohne eine Reinigung durchzuführen. Dies liegt daran, dass die Adsorptionshäufigkeit der Restgasmoleküle an der Elektronenquelle abnimmt und die zeitliche Änderung des Oberflächenzustands gering wird. Um eine bessere Probenbeobachtung durchzuführen, z. B. verschiedene Probenbilder unter den gleichen Bedingungen zu erhalten und Elementanalyse-Ergebnisse zu erhalten, ist es wichtig, einen stabilen Emissionsstrom über einen langen Zeitraum zu erzielen, ohne Reinigung und Extraktionsspannung zu betreiben.
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Zusätzlich bewirkt der Vorteil der Verringerung der Reinigungshäufigkeit auch die Verlängerung der Lebensdauer der Elektronenquelle. Das Flashen ist ein Vorgang des Erhitzens einer Elektronenquelle für eine kurze Zeit, um absorbierte Gasmoleküle zu entfernen, aber da das Flashen eine thermische Verschiebung der Wolframatome an der Spitze der Elektronenquelle verursacht, ändert sich die physikalische Form des Spitzenabschnitts bei jeder Wiederholung des Flashens allmählich. Diese Änderung ist aufgrund der auf die Atome im Kristall wirkenden Anziehungskraft üblicherweise eine Änderung dahingehend, dass die physische Form des scharf angespitzten Spitzenabschnitts allmählich abgerundet wird (dies wird an dem Spitzenabschnitt der Elektronenquelle „abgerundet“ genannt). Wenn das Flashen wiederholt wird, nimmt daher der Krümmungsradius der Spitze der Elektronenquelle allmählich zu, was dementsprechend dazu führt, dass die Konzentration des elektrischen Feldes an dem Spitzenabschnitt der Elektronenquelle abgeschwächt wird. Da die Konzentration des elektrischen Feldes abgeschwächt wird, ist es zum Erzielen des gleichen Emissionsstroms erforderlich, die Extraktionsspannung zu erhöhen. Wenn die Extraktionsspannung so festgelegt wird, dass ein konstanter Emissionsstrom aufrechterhalten wird, steigt die Extraktionsspannung über die Nutzungsdauer (etwa Monate bis Jahre) der Elektronenkanone allmählich an. Wenn diese Extraktionsspannung eine Spannungsgrenze (abhängig von der Leistungsfähigkeit der Leistungsquelle und dem Isolationsvermögen innerhalb der Verdrahtung und der Elektronenkanone) der Elektronenkanone überschreitet, kann kein ausreichender Emissionsstrom aus dieser Elektronenquelle erhalten werden und es wird notwendig, die Elektronenquelle auszutauschen. Um die Elektronenquelle auszutauschen und die Vorrichtung neu zu starten, muss die Unterdruckpumpe normalerweise angehalten werden. Um das Molekulargewicht des Restgases in der Elektronenkanone auf ein für eine Langzeitstabilisierung des Emissionsstroms erforderliches Maß zu reduzieren, ist es insbesondere zusätzlich zum Pumpen durch die Unterdruckpumpe erforderlich, die Elektronenkanone zu erhitzen (zu backen). Da die an der Innenwand der Elektronenkanone absorbierten Gasmoleküle durch das Backen schlagartig abgegeben werden und das Molekulargewicht des Restgases nach dem Abpumpen durch die Unterdruckpumpe stark reduziert ist, ist das Backen wesentlich. Die Elektronenkanone wird mit verschiedenen Heizungen gebacken und dann zum Gebrauch auf Raumtemperatur abgekühlt, aber dieser Vorgang erfordert etwa eine Woche Arbeit.
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Daher ist es möglich, die Austauschhäufigkeit der Elektronenquelle durch Verringern der Reinigungshäufigkeit zu reduzieren, und es ist möglich, die notwendige Wartungshäufigkeit zu reduzieren und die Betriebskosten der Vorrichtung niedrig zu halten.
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1 zeigt ein Elektronenmikroskop, das mit einer Kaltfeldemissions-Elektronenkanone versehen ist, als Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung. Das Elektronenmikroskop weist eine Elektronenkanone 1, ein Elektronenoptiksystem 2, einen Probenhalter 3, einen Detektor 4, eine Bedieneinheit 5 und eine Leistungsversorgungseinheit 6 auf. In 1 weisen die Elektronenkanone 1 und das Elektronenoptiksystem 2 jeweils eine Unterdruckpumpe 17 bzw. 21 auf, aber abhängig von der Größe des Elektronenmikroskops kann es der Fall sein, dass eine einzelne Unterdruckpumpe vorgesehen ist, oder es kann der Fall sein, dass eine große Anzahl von aufgeteilten Unterdruckpumpen vorgesehen ist.
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Eine Elektronenkanone 1, die mit einer Kaltfeldemissions-Elektronenkanone 101 versehen ist, erzeugt einen Elektronenstrahl 10. Das Elektronenoptiksystem 2 konvergiert den Elektronenstrahl 10, lenkt ihn ab und bestrahlt eine Probe 31. Der Probenhalter 3 hält die Probe 31 und bewegt, neigt, und wechselt die Probe 31 nach Bedarf. Der Detektor 4 misst reflektierte Elektronen, Sekundärelektronen, transmittierte Elektronen, gestreute Elektronen, Röntgenstrahlen und dergleichen, die von der Probe 31 erzeugt werden. Die Leistungsversorgungseinheit 6 versorgt die Elektronenkanone 1 und das Elektronenoptiksystem 2 mit Leistung, passt die ausgegebene Leistung an und steuert den Elektronenstrahl in einen Zustand, der von der Bedienperson angefordert wird. Zudem werden Informationen aus dem Detektor 4 in ein digitales Signal umgewandelt. Die Bedieneinheit 5 steuert die Elektronenkanone 1 und das Elektronenoptiksystem 2 über ein Leistungsversorgungssystem 6, verarbeitet Informationen aus dem Detektor 4 und zeigt die Informationen in einer für die Bedienperson sichtbaren Form an oder zeichnet sie auf.
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2 zeigt Einzelheiten der Struktur der Kaltfeldemissions-Elektronenkanone 1 mit einer Beschleunigungsspannung von mehreren hundert Kilovolt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Elektronenkanone 1 ist mit einer Elektronenquelle 101 (Kaltfeldemissions-Elektronenquelle), einer Extraktionselektrode 103 und einer Beschleunigungsröhre 105 versehen. Die Elektronenquelle 101 und die Extraktionselektrode 103 sind mit einer Elektronenkanonen-Leistungsversorgung 62 verbunden, die ein Teil des Leistungsversorgungssystems 6 in 1 ist. Die Beschleunigungsröhre 105 ist eine zylindrische Röhre, die mit Elektroden 104, 106, 107, 108, 109 und 110 versehen ist und die Elektroden und einen Isolator miteinander verbindet. Da die Elektronenkanonen-Leistungsversorgung 62 durch die Beschleunigungsröhre 105 von dem Massepotential isoliert ist, kann sie ein hohes Potential an die Elektronenquelle 101, die Extraktionselektrode 103 und dergleichen anlegen. Die Elektrode 110 hat Massepotential.
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An die Extraktionselektrode 103 wird eine Extraktionsspannung (V1) von mehreren Kilovolt mit Bezug auf die Elektronenquelle 101 von der Elektronenkanonen-Leistungsversorgung 62 angelegt. Da die Elektronenquelle 101 eine angespitzte Spitzenform aufweist, wird ein starkes elektrisches Feld an dem Spitzenabschnitt der Elektronenquelle 101 erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt werden die von der Elektronenquelle 101 emittierten Elektronen anfänglich durch die Potentialdifferenz zwischen der Elektronenquelle 101 und der Extraktionselektrode 103 basierend auf dem Prinzip der Feldemission beschleunigt und auf die Extraktionselektrode 103 gestrahlt. Dies ist der Emissionsstrom. Ein Teil des Emissionsstroms durchläuft das Loch einer Anodenblende 121, die in der Extraktionselektrode 103 bereitgestellt ist, und tritt in die Beschleunigungsröhre 105 ein. Die Beschleunigungsröhre 105 ist mit mehreren Zwischenraumelektroden 104, 106, 107, 108 und 109 versehen und der Elektronenstrahl durchläuft die Zwischenraumelektroden und wird weiter beschleunigt. Die Elektronenquelle 101 und die Extraktionselektrode 103 stehen durch die Elektronenkanonen-Leistungsversorgung 62 unter einer hohen negativen Spannung (V0) von mehreren hundert Kilovolt. Die Anode 110 befindet sich auf Massepotential und auf Nullpotential. Der Elektronenstrahl wird durch diese Potentialdifferenz beschleunigt, und die Elektronen, die die Anode 110 durchlaufen haben, sind Elektronenstrahlen mit einer Energie von V0.
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Um Stöße mit den Luftmolekülen des Elektronenstrahls zu verhindern und Stöße von Restgasmolekülen mit der Oberfläche der Elektronenquelle 101 zu verhindern und die Oberfläche der Elektronenquelle 101 in einem reinen Zustand zu halten, bildet die Elektronenkanone 1 einschließlich der Beschleunigungsröhre 105 einen Unterdruckbehälter. Das Innere der Elektronenkanone wird von der Unterdruckpumpe 17 ausgepumpt.
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Als Nächstes wird die Konfiguration der Unterdruckpumpe der Kaltfeldemissions-Elektronenkanone unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die Elektronenkanone 1 ist ein Unterdruckbehälter, der mit der Elektronenquelle 101, einem Filament 102, der Extraktionselektrode 103 und der Beschleunigungsröhre 105 versehen ist. Das Innere der Elektronenkanone 1 wird durch die Unterdruckpumpe 17 ausgepumpt. Die Unterdruckpumpe 17 besteht aus einer lonenpumpe 171 und einem NEG 172. Die lonenpumpe 171 ist eine Sputter-Ionenpumpe, die Restgasmoleküle in der Elektronenkanone nach dem Prinzip der Ionisierung und Absorption abpumpt. Der NEG 172 ist eine Pumpe mit nicht verdampfbaren Getter, die Restgasmoleküle in der Elektronenkanone chemisch sorbiert, um die Restgasmoleküle abzupumpen. In 3 ist der NEG 172 zwischen der Elektrode 110 mit dem Massepotential der Beschleunigungsröhre und der lonenpumpe 171 installiert. Um eine Elektronenkanone zu erhalten, die einen stabilen Emissionsstrom erzeugt, ist es wie oben beschrieben erforderlich, Restgasmoleküle um die Elektronenquelle 101 herum soweit wie möglich zu reduzieren. Die lonenpumpe 171 und der NEG 172 können die Restgasmoleküle abpumpen. Auf der anderen Seite hat die Elektronenkanone 1 jedoch im Wesentlichen eine komplizierte Struktur wie etwa die Beschleunigungsröhre 105 als deren Struktur. Aus diesem Grund ist die Pumpeffizienz schlecht, da die lonenpumpe 171 und der NEG 172, die an einer von der Elektronenquelle 101 entfernten Position vorgesehen sind, Restgasmoleküle um die Elektronenquelle 101 herum abpumpen müssen. Es ist schwierig, Restgasmoleküle um die Elektronenquelle 101 herum in ausreichendem Maße abzupumpen, um einen stabilen Emissionsstrom über eine lange Zeit (mehrere Stunden bis einen Tag) zu erhalten.
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In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist hier der NEG 173 in der Nähe der Elektronenquelle 101 bereitgestellt. Der NEG 173 sorbiert Restgasmoleküle um die Elektronenquelle 101 herum effizient und ermöglicht es der Elektronenkanone 1, den Emissionsstrom über eine lange Zeit stabil zu emittieren. Ein NEG 173 ist in der Nähe der Elektronenquelle 101 in 4 bereitgestellt, jedoch können viele NEGs 173 anstelle von einem bereitgestellt sein. Es ist möglich, durch Bereitstellen eines oder mehrerer davon Restgasmoleküle effizienter absorbieren zu lassen.
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Zusätzlich zu der lonenpumpe 171 und dem NEG 172 ist der NEG 173 in der Nähe der Elektronenquelle 101, insbesondere an der Extraktionselektrode, bereitgestellt und daher kann die Anzahl von Restgasmolekülen, die mit der Elektronenquelle zusammenstoßen, stark reduziert werden.
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Wenn der NEG 173 in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Nähe der Elektronenquelle 101 bereitgestellt wird, wird die Extraktionselektrode 103 mit dem NEG 173 versehen. Eine vergrößerte Darstellung, die die Struktur um die Elektronenquelle 101 und den NEG 173 zeigt, ist in 4 gezeigt.
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4 ist eine schematische Darstellung, die die Struktur der Elektronenquelle 101 in einem Zustand zeigt, in dem die Elektronenkanone 1 eingestellt wird. Das Innere der Elektronenkanone 1 wird durch eine Heizung 191 gebacken, die um die Elektronenkanone herum angeordnet ist, während sie von einer Unterdruckpumpe (nicht gezeigt) ausgepumpt wird. Die Heizung 191 ist in der Luft außerhalb des Unterdruckbehälters angeordnet.
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In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Extraktionselektrode 103 mit einer inneren Heizung 192 versehen. Die innere Heizung 192 ist eine Heizung, die in dem Unterdruckbehälter der Elektronenkanone 1 angeordnet ist. Ein elektrischer Strom wird durch eine Durchführung (nicht gezeigt) in das Vakuum eingeführt und dient als Wärmequelle für die innere Heizung 192. Die innere Heizung 192 wird während des Backens der Elektronenkanone immer mit Energie versorgt und dient dazu, die Extraktionselektrode 103 besonders stark zu erhitzen. Da es die Rolle der Extraktionselektrode 103 ist, einen großen Teil des Elektronenstrahls, der von der Elektronenquelle 101 erzeugt wird, während des Gebrauchs der Elektronenquelle zu absorbieren, backt speziell die innere Heizung 192 die Extraktionselektrode 103 bei einer hohen Temperatur und bewirkt, dass die an dem Extraktionselektrodenumfang 194 absorbierten Gasmoleküle emittiert werden. Dadurch können Zusammenstöße von Restgasmolekülen mit der Oberfläche der Elektronenquelle 101 verhindert werden und die Elektronenquellenoberfläche 101 kann in einem reinen Zustand gehalten werden. Die geeignete Temperatur der Heizung 191 beträgt etwa 350 °C, was 300 °C oder höher ist, aber die geeignete Temperatur der inneren Heizung 192 beträgt etwa 450 °C, was 400 °C oder höher ist.
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Hier ist der NEG 173 zwischen der inneren Heizung 192 der Extraktionselektrode 103 und einem Verbindungsabschnitt 181 dort, wo die Extraktionselektrode 103 mit der Außenwand 193 der Beschleunigungsröhre in Kontakt steht, angebracht und wird durch einen Wärmegradienten erwärmt. Hier wird die Temperatur um einen vorderen Endabschnitt 182 der Extraktionselektrode herum durch die innere Heizung 192 auf etwa 450 °C erwärmt. Während sie über die Luft von der Heizung erwärmt wird, ist die Temperatur des Verbindungsabschnitts 181 der Außenwand 193 der Beschleunigungsröhre niedriger als die der Heizung 191 und beträgt etwa 300 °C. Durch Befestigen des NEG 173 ungefähr in der Mitte eines Wärmeübertragungswegs zwischen dem Verbindungsabschnitt 181 und der inneren Heizung 192 kann die Temperatur des NEG 173 auf ungefähr 350 °C erwärmt werden, was höher ist als die Temperatur des Verbindungsabschnitts 181 und niedriger ist als die Temperatur der inneren Heizung 192.
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Auf diese Weise ist es möglich, den NEG 173 auf einfache Weise zu aktivieren, ohne den NEG 173 während des Backens der Elektronenkanone mit einer weiteren Heizung zu erwärmen.
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Ferner wird der NEG 173 aktiviert, indem es für eine lange Zeit auf eine relativ niedrige Temperatur von etwa 350 °C erwärmt wird, anstatt für eine kurze Zeit auf 450 °C erwärmt zu werden, was eine Aktivierungstemperatur des NEG ist und die Fähigkeit hat, Restgas um die Elektronenquelle 101 herum zu sorbieren.
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Die Vorteile des Erwärmens des NEG 173 für eine lange Zeit bei etwa 350 °C, anstatt den NEG 173 für einen kurzen Zeitraum auf etwa 450 °C zu erwärmen, sind die folgenden drei Punkte.
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(1) Da der NEG unter Verwendung der Heizung 192 zum Erwärmen der Extraktionselektrode ohne Verwendung einer separaten Heizung und Heizungs-Leistungsversorgung aktiviert werden kann, wird der Aufbau des Inneren der Elektronenkanone vereinfacht, es gibt Vorteil in Bezug darauf, die Menge der Restgasmoleküle zu reduzieren und es ist gleichzeitig möglich, eine kostengünstige Vorrichtung bereitzustellen.
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(2) Es gibt einen Fall, in dem eine große Menge von Gasmolekülen, die zu der Zeit der Aktivierung aus dem NEG emittiert werden, um den NEG für kurze Zeit auf etwa 450 °C zu erwärmen, von den umgebenden Komponenten oder der Elektronenquelle absorbiert werden und die Leistung der Elektronenquelle nachteilig beeinflussen. Aber es ist möglich, die Erzeugung von Gasmolekülen aus dem NEG in einem solchen Ausmaß zu verlangsamen, dass die Gasmoleküle durch eine andere Unterdruckpumpe abgepumpt werden, indem der NEG über eine lange Zeit auf 350 °C erwärmt wird. Dadurch wird die Adsorption von Gasmolekülen an der Elektronenquelle unterdrückt.
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(3) Wenn der NEG über eine lange Zeit auf etwa 450 °C erwärmt wird, dauert eine aktive Aktivierungsaktion lange und eine große Menge von Gasmolekülen wird in dem NEG eingeschlossen. Dies verkürzt die Lebensdauer des NEG und verringert die NEG-Pumpgeschwindigkeit, wenn der NEG durch Elektronenaustausch oder dergleichen reaktiviert wird. Außerdem kann es erforderlich sein, den NEG auszutauschen, um die erforderliche Pumpgeschwindigkeit zu erzielen.
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Gemäß experimentellen Ergebnissen unter Verwendung einer großen Anzahl von Elektronenkanonen wurde festgestellt, dass der NEG durch Halten des NEG auf etwa 350 °C innerhalb der Backzeit von 24 Stunden bis 96 Stunden in einem solchen Ausmaß aktiviert werden kann, dass eine erforderliche Pumpgeschwindigkeit erreicht wird und eine Überaktivierung nicht auftritt. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Extraktionselektrode 103 mit dem NEG 173 versehen, um den NEG unter Verwendung der auf etwa 450 °C erwärmten inneren Heizung 192 auf etwa 350 °C zu halten.
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Gemäß diesen Ausführungsformen werden im Vergleich zu der Kaltfeldemissions-Elektronenkanone des Stands der Technik Restgasmoleküle um die Elektronenquelle herum reduziert, und ein stabilerer Emissionsstrom kann über einen längeren Zeitraum erhalten werden, ohne die Elektronenquelle auszutauschen. Dadurch ist es möglich, ein Elektronenmikroskop zu schaffen, das über einen langen Zeitraum nicht gewartet werden muss und ein Beobachtungsbild mit höherer Qualität erzielen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Elektronenkanone
- 10:
- Elektronenstrahl
- 101:
- Elektronenquelle
- 102:
- Filament
- 103:
- Extraktionselektrode
- 104:
- Einstellelektrode
- 105:
- Beschleunigungsröhre
- 106:
- Zwischenraumelektrode
- 107:
- Zwischenraumelektrode
- 108:
- Zwischenraumelektrode
- 109:
- Zwischenraumelektrode
- 110:
- Anode
- 110:
- Anode
- 121:
- Anodenblende
- 17:
- Elektronenkanonen-Unterdruckpumpe (Ionenpumpe und dergleichen)
- 171:
- Ionenpumpe
- 172:
- NEG (Beschleunigungsröhrenbasis)
- 173:
- NEG (um die Elektronenquelle)
- 181:
- Abschnitt, in dem die Extraktionselektrode in Kontakt mit der Außenwand der Elektronenkanone steht <Verbindungsabschnitt>
- 182:
- Vorderer Endabschnitt der Extraktionselektrode
- 191:
- Heizung zum Backen der Elektronenkanone
- 192:
- Innere Heizung
- 193:
- Außenwand der Beschleunigungsröhre
- 194:
- Elektronenquellenumfang
- 2:
- Elektronenoptiksystem
- 21:
- Elektronenoptiksystem-Unterdruckpumpe
- 3:
- Probenhalter
- 31:
- Probe
- 4:
- Detektor
- 5:
- Bedieneinheit
- 6:
- Leistungsversorgungseinheit
- 62:
- Elektronenkanonen-Leistungsversorgung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2015015200 A [0004]
- WO 2005124815 [0004]
