DE2136249A1

DE2136249A1 - Anordnung zur Vorspannungserzeugung für ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem

Info

Publication number: DE2136249A1
Application number: DE19712136249
Authority: DE
Inventors: James Alameda; Yew Nelson C Los Altos; Calif. Dao (V.St.A.)
Original assignee: ETEC CORP
Current assignee: ETEC CORP
Priority date: 1970-10-09
Filing date: 1971-07-20
Publication date: 1972-04-13
Also published as: US3676670A

Description

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Uli M-

P 3994-1

Patentanmeldung
der Firma

ETISC Corporation
-2284
Calif.

V.St.A.

Anordnung zur Vorepannungserzeugung für ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem

Die Erfindiang bezieht sich auf eine Anordnung zur Vorepannungserzeugung für ein Elektronenetrahl-Erzeugungesystem und insbesondere auf eine Anordnung zur Vorspannungserzeugung für ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem, das speziell zur Verwendung bei einem Elektronenmikroskop geeignet ist.

Ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem umfaßt typischerweise eine Kathode und ein Oitter, wobei das Gitter vor der Kathode angeordnet ist. Um den Strahlstrom zu steuern oder zu begrenzen, wird eine Spannungsdifferenz oder Vorspannung zwischen der Kathode und dem Gitter angelegt, wobei das Gitter negativer als die Kathode ist. Bei vielen Anwendungen, wie z.B. bei einem Elektronenstrahlmikroskop 1st es in vielen Fällen erwünscht, den Strahletrom duroh Ver-

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änderung der Potentialdifferenz oder der Vorspannung zwischen der Kathode und dem Gitter zu ändern. Dies wird typischerweise dadurch erreicht^, daß ©ine Anzahl von Widerständen in Reihe mit der Kathode geschaltet wird und daß ein Schalter zum wahlfreiean Kurzschließen einer gewissen Anzahl der Widerstände und somit zu ihrer Entfernung aus dem Kreis vorgesehen ist. Durch Kurzschließen der Widerstände wird die Spannungsdifferenz oder Vorspannung zwischen der Kathode und u%m Gitter verringert und der Strahlstrom wird somit vergrößert.

Die vorstehende Anordnung zur Vorspannungserzeugung von Elektronenstrahl-Erzeugungssystemen weist viele Nachteile und Schwierigkeiten auf. Xnsbtsonder© wird das Elektronenstrahl-Erzeugungssystem in vielen Fällen auf einer hohen Spannung gehalten« woraus sich ergibt, daß die Vorspannungswiderstände und der Schalter gut isoliert und abgetrennt sein müssen. Entsprechend sind die Vorspannungswiderstände und der Schalter im allgemeinen in einem abgeschirmten Gehäuse untergebracht, wobei der Schalter über einen isolierenden Stab betätigt wird, der sich aus dem Gehäuse erstreckt. Dies begrenzt dia Anordnung der Vorspannungsregelung, weil kompliziert© und aufwendige mechanische Verbindungen erforderlich sind, wenn @s erwünscht ist, die Vorspannung von ©iß@r Stelle aus zu regeln, die von dem die Widerstände und den Sshalter enthaltenden Gehäuse entfernt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgab© zugrunde, ©ine Anordnung zur Vorspannungaarzeugung für ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem zu schaffen, bei ä@r dl© Yorspannungsregelung an einer von d@n Vorspannungswiderständen entfernten Stelle angebracht werden kann. Di© erfindungsgemäße Anordnung soll einfacher und weniger aufwendig sein, als bekannte Anordnungen zur Vorspannungserzeugung für llektrcnenstrahl-

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Erzeugungssysteme und sie soll speziell zur Verwendung bei einem Elektronenmikroskop geeignet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Anzahl von mit der Kathode dee Elektronenstrahl-Erzeugungssystems in Reihe geschalteten Widerständen vorgesehen ist, zu denen jeweils ein Fhotoleiter parallel geschaltet ist, wobei Mittel zur selektiven Beleuchtung der verschiedenen Fhotoleiter vorgesehen sind, um die verschiedenen Widerstände kurzzuschließen und somit die Vorspannung zu ändern. Die Widerstände und Photoleit@x» können innerhalb eines abgeschirmten Gehäuses angeordnet sein und eine Anzahl von Lichtleitern kann durch öffnungen in dem abgeschirmten Gehäuse geführt werden, so daß die Enden der Lichtleiter sich in der Nähe der Photoleiter befinden. Eine Vielzahl von Lampen kann dann an d@n Enden der Lichtleiter außerhalb des Gehäuses angeordnet sein, wobei die Lampen selektiv durch eine einfache Lampenbeleuchtungssohaltung beleuchtet werden.

Diese Anordnung zur Vorspannungserzeugung für ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem ergibt viel© Vorteile, da die Lampenbeleuchtungssohaltuagin einfacher Weise von dem abgeschirmten Gehäuse'angeordnet sein kann, so daß die Vorspannungsregelung an einer geeigneten Stelle untergebracht werden kann. Weiterhin 1st die erfindungsgemäße Anordnung zur Vorspannungserzeugung für ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem einfacher und weniger aufwendig eis bisher bekannte Systeme, und zwar insbesondere dann, wenn eine entfernte Anbringung der Vorspanmaagsregelung erwünscht ist.

Es wird also erfindungsgemäß sine Anordnung zur Vorspannungserzeugimg für ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem geschaffen, bei der jeweils sin Photoleiter parallel zu den

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Widerständen im Vorspannungskreis liegt, und bei der Mittel zur selektiven Beleuchtung der verschiedenen Photoleiter vorgesehen sind, damit die Widerstände selektiv kurzgeschlossen werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Äusführungsbeispiels einer Anordnung zur Vorspannungserzeugung für ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem noch näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in sehematischer Darstellung und teilweise als Schaltbild ein Abtast-Elektronenmikroskop, bei dem die erfindungsgemäße Anordnung zur Vorspannungserzeugung verwendet wird.

In der Zeichnung ist eine elektronenoptische Säule A eines Abtaetelektronenmlkroskops gezeigt-. An einem Ende der elektronenoptischen Säule A befindet sich eine allgemein mit 10 bezeichnete Elektronenquelle, die einen Elektronenstrahl 11 erzeugt, der im wesentlichen entlang der Achse der elektronenoptisehen Siiule ausgerichtet 1st. Eine Anzahl von magnetischen Spulen 1st aufeinanderfolgend entlang des Elektronenstrahlpfades 11 angeordnet und bewirkt eine Fokussierung und Ablenkung deg Elektronenstrahls 11 auf eine Probe 14, die von einem Objekttisch 15 am anderen Ende der elektronenoptischen Säule gehalten wird. Ein Elektronen-Kollektor 15 ist in der Näh© der Probe 14 angeordnet und bewirkt ein Einfangen der von der Probe 14 reflektierten oder von dieser ausgesandten Elektronen, um eine übliche Abtast-Elektronenmikroskop-Darstellung mit Unterstützung einer geeigneten (nicht gezeigten) elektronischen Schaltung zu erzeugen.

Der vorstehend beschriebene Aufbau des Abtast-Elektronenstrahlmikroskopes 1st in der Technik bekannt und wurde nur

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zu Erläuterungszwecken beschrieben, wobei es verständlich ist, daß die Anordnung zur Vorspannungserzeugung für das Elektronenstrahl-Erzeugungssystem gemäß der Erfindung ohne weiteres auch in Verbindung mit anderen Anwendungen von Elektronenstrahl»Erzeugungssystemen verwendet werden kann.

Die Elektronenquelle 10 umfaßt eine Kathode 16 und ein vor der Kathode 16 angeordnetes Gitter 17. Die Kathode 16 1st elektrisch mit einer Heizspannungsversorgung 18 verbunden, die zur Ansteuerung der Kathode 16 dient, um die Aussendung eines Elektronenstrahls 11 aus der Kathode 16 zu bewirken.

Die Probe 14 wird typischerweise durch Erden des Objekttlseheg I^ auf Erdpotential gehalten, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist. Somit 1st die Elektronenquelle 10 zur Erzeugung eines geeigneten Beschleunlgungs-Spannungsunterschiedes zwischen der Elektronenquelle 10 und der Probe 14 mit einer Hochspannungs-Lelstungsverscrgung 19 verbunden, die eine geeignete negative Spannung erzeugt»

Im einzelnen ist das Sitter 17 direkt mit dem Ausgang der Hochspannungs-Leistungsversorgung 19 verbund««. Zur Steuerung des Strahlstromes wird die Kathode 16 mit Hilfe der Anordnung zur Vorspannungaerzeugung auf einer etwas geringeren negativen Spannung gehalten, line Spannungsdifferenz tritt somit zwischen der Kathode 16 und dem Gitter 17 auf, wobei das Gitter 17 negativer als die Kathode ist, was eine Verringerung oder Begrenzung des Stromes des Strahls 11 bewirkt.

Erfindungsgemäß 1st die Kathode 16 über die Reihenschaltung einer Anzahl von Widerständen 20 mit der Hochspannungs-Lei sfcu.QgsVersorgung; 19 verbunden. Parallel zu jedem Widerstand 20 ist ain Photoleiter 21 angeordnet. Die Photo-

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leiter 21 besitzen die Eigenschaft, daß ihr Widerstand von der auf sie auf treffenden Lichtmenge abhängig ist. Insbesondere weisen die Photoleiter 21 einen hohen Widerstand im dunklen Zustand und einen niedrigen Widerstand bei Lichtauffall auf. Entsprechend werden die parallel hierzu geschalteten Widerstände 20 wirksam kurzgeschlossen, wenn Licht auf einige der Photoleiter 21 fällt und somit werden diese Widerstände aus der Schaltung entfernt. Somit ist es durch selektives Beleuchten der Phot©l@iter 21 möglich, den in Reihe mit der Kathode 16 gegehalteten Widerstand zu ändern und somit die Vorspannung der Elektronenquelle 10 zu ändern.

Srfindungsgamäß können di@ Widerstünde 20 und die Photoleiter 21 in einem äquipotential abgeschirmten Gehäuse 22 eingeschlossen sein, das ©ine elektrische Isolierung der Hoohspannungssehaltung bewirkt und somit eine Bedienungsperson des Abtaet-Elektronsnstrahlmikroskops schützt. Das abgeschirmte Sehäuge 22 weist ein® Anzahl von Offnungen auf, durch di® sich jeweils ein isolierender Lichtleiter so erstreckt, daß die Enden dieser Lichtleiter sich jeweils in der Nähe eines Photoleiters 21 befinden. Die isolierenden Lichtleiter 23 können beispielsweise optische Fasern sein oder können in einfacher Weis® einen durchsichtigen Plastikstab umfassen, wie er unter dem Handelsnamen Lucite erhältlich ist.

Am anderen Ende jedes isolierenden Lichtleiters 23 1st eine Lampe 24 angeordnet. Jede Lampe 24 bewirkt in eingeschaltetem Zustand eine Beleuchtung des jeweiligen Photoleiters 21 über den Lichtleiter 25. Somit ändert ein Einschalten oder Abschalten von Lampen 24 die ¥orspannung der Elektronenquelle 10.

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Die Lampen 24 sind elektrisch mit einer Lampenbeleuchtungsschaltung 25 verbunden. Die Lampenbeleuchtungsschaltung bewirkt eine selektive Beleuchtung der Lampen 24 zur Erzielung der erwünschten Vorspannung für die Elektronenquelle 10. Im einzelnen kann die Lampenbeleuchtungsschaltung 2,5 typischerweise eine elektrische Quelle und einen mehrstelligen Schalter umfassen, über den die verschiedenen Lampen 24 in Abhängigkeit von ssiner Stellung eingeschaltet werden können.

Im Betrieb kann des⁸ Benutzer des Abtast-Elektronenstrahl raikroskopes die erwünschte Vorspannung der Elektronenquelle 10 dadurch erzielen, daß er mit Hilfe der Larapenbtleuchtungsschaltung 25 bestimmte Lampen 24 einschaltet. Die Lampen 24, die beleuchtet sind, bewirken, daß die ihnen zugeordneten Photoleiter 21 einen Zustand mit niedrigem Widerstand annehmen, in dem die parallel geschalteten Widerstände 20 wirksam kurzgeschlossen sind. Dies verringert andererseits den in Reihe mit der Kathode 16 geschalteten Widerstand, wodurch sich eine kleinere Spannungsdifferenz zwischen der Kathode 16 und dem Gitter 17 ergibt. Diese Verringerung der Vorspannung ergibt eine Vergrößerung des Strahlstromes 11. Somit wird der Strahlstrom des von der Elektronenquelle 10 ausgesandten Elektronenstrahles umso größer, je mehr Lampen 24 beleuchtet sind. Umgekehrt ergibt ein Abschalten von Lampen 24 eine Verringerung des Strahlstromes 11.

Die Anordnung zur Vorspannungserzeugung für ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem gemäß der Erfindung ist insofern vorteilhaft, als die Hochspannungskreise vollständig in einem abgeschirmten Gehäuse eingeschlossen werden können, wordurch die Gefahr eines elektrischen Stromstoßes weit-

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gehend verringert wird. Weiterhin kann die Larapenbeleuchtungssehaltung 25 in einfacher Weise entfernt von dem abgeschirmten Gehäuse 22 angeordnet sein, wobei die einzigen notwendigen Verbindungen zwischen diesen Teile eine Niederspannungsverdrahtung für die Beleuchtung der Lampen 24 darstellen. Somit können für die Einstellung der Vorspannung für das Elektronenstrahl-Erzeugungssystem und somit für dem Strahlstrom wirksamen Steuereinheiten in einfacher Weise an Irgendeiner gewünschten Stelle unabhängig von der Lage des abgeschirmten Gehäuses 22 untergebracht werden. Weiterhin wird die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Einrichtung wesentlich vergrößert, während die Kosten und die Kompliziertheit erheblich verringert werden, weil das Hochspannungsachalten der Widerstände elektronisch anstatt mechanisch durchgeführt wird.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche s

1/ Anordnung zur Vor spannungserzeugung für Elektronenstrahl-Erzeugungssysteme mit einer Kathode« einem in der Nähe der Kathode angeordnetem Sitter und einer Hochspannungsquelle, wobei das Gitter mit der Hochspannungsquelle verbunden ist« gekennzeichnet durch eine Anzahl von in Reihe geschalteten Widerständen (20)« wobei ein Ende dieser in Reihe geschalteten Widerstände mit der Kathode (16) verbunden ist und das andere Ende der In Reihe geschalteten Widerstände (20) mit der Hochspannungsquelle (19) verbunden ist« eine Anzahl von Photoleitern (21), die jeweils parallel mit einem der Widerstände (20) geschaltet ist« und Mittel (23, 24) zur selektiven Beleuchtung der Photoleiter (21).
2. Anordnung nach Anspruch 1« gekennzeichnet durch ein abgeschirmtes Gehäuse (22)« in dem die Widerstände (20) und die Photoleiter (21) angeordnet 8 Ind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet « daß die Mittel zur selektiven Beleuchtung der Photoleiter (21) eine Anzahl von Lampen (24)« Vorrichtungen zur selektiven Beleuchtung der Lampen (24) und Vorrichtungen (25) zur optischen Kopplung jeweils einer Lampe (24) mit einem Photoleiter (21) umfassen.
4. Anordnung nach Anspruch 3«-dadurch g e kenn zeichnet« daß die Lampen (24) außerhalb des abgeschirmten Gehäuses (22) angeordnet sind« daß ferner das

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abgeschirmte Gehäuse (22) eine Vielzahl von darin ausgebildeten Offnungen aufweist und daß die optischen Kopplungsvorrichtungen eine Anzahl von Lichtleitern (25) umfassen, die sich durch die Offnungen in dem abgeschirmten Gehäuse (22) erstresken, wobei ei» Ende j#deg Lichtleiters (25) in d.@r Näh® eines Photoleiters (21) und das andere Ende jedes Lichtleiters (25) in der Näh® ©iner der Lampen (24) angeordnet 1st ο
5» Anordnung zur Vorspannungserzeugung für ein

Elektronenstrahl-Erzeugungesystem, gekennzeichnet durch eine Kathode (l6)„ ein in der Nähe der Kathode (1β) angeordnetes Sitter (17), eine Hochspannungsquell® (19), die mit dem Sitter (17) verbunden ist, eine Anzahl von in Reihe geschalteten Widerständen (20), deren eines Ende mit der Kathode (16) und deren anderes Ende mit der Hochspannungsquelle (19) verbunden ist, eine Anzahl von Photoleitern (21), die jeweils mit eirstm Widerstand (20) parallel geschaltet sind, und Vorrichtungen (25, 24) zur selektiven Beleuchtung d®r Photoleifcgtr
6. Anordnung aaoh Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (20) und die Fhotoleiter (21) innerhalb ®±n@® afeg©schirmten Gehäuses (22] angeordnet sind.
7. Anordnung :aaeh Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß dl© Vorrichtungen zur selektiven Beleuchtung der Photoltiter (21) eine Anzahl von Lampen (24), eine Vorrichtung (25) zur seinktiven Einschaltung der Lampen und Vorrichtungen (25) zur optischen Kopplung jeder Lampe (24) mit einem der Püotoleiter (21) umfassen.

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8. Anordnung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet , daß die Lampen (24) außerhalb des abgeschirmten Gehäuses (22) angeordnet sind» wobei das abgeschirmte Gehäuse (22) eine Anzahl von Offnungen aufweist, und daß die optischen Kopplungsvorrichtungen eine Anzahl von Lichtleitern (22) umfassen, die durch die Offnungen in das abgeschirmte Gehäuse (22) verlaufen, wobei ein Ende der Lichtleiter (23) in der Mhe der Photoleiter (21) und das andere Ende J tides der Lichtleiter (23) in der Nähe der Lampen '24) angeordnet ist.
9. Anordnung aach üinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß sie mit einem Elektronenmikroskop verbunden ist, das ein eine Probe (14) enthaltendes Gehäuse, eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode (16), ein in der Nähe der Kathode (16) angeordnetes Gitter (17)* eine Hochspannungsquelle (19), die mit dem Gitter verbunden ist. Mittel (12) zur Fokussierung der von der Kathode (l6) ausgesandten Elektronen auf die Probe (14) und Mittel zur Evakuierung des Inneren des Gehäuses umfaßt, wobei die Kathode (16) mit einem Ende der in Reihe geschalteten Widerstände (20) der Anordnung verbunden ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9« dadurch gekennzeichnet ρ daß das Elektronenmikroskop ein Abtast-Elektronenmikroskop 1st und zusätzlich eine Vorrichtung (If)) zur Abtastung der von der Kathode (l6) auf die Probe (5,4) ausgesandten Elektronen aufweist.

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