JP2006331853A - Filament assembly and electron gun, and electron beam device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子を放出するためのフィラメントアセンブリ及び当該フィラメントアセンブリを備えた電子銃並びに当該電子銃を具備した電子ビーム装置に関する。 The present invention relates to a filament assembly for emitting electrons, an electron gun including the filament assembly, and an electron beam apparatus including the electron gun.
走査形電子顕微鏡等の電子ビーム装置においては、試料に電子ビームを照射し、これにより試料の情報を取得したり、試料に対して所定の処理を施すことを行っている。このような電子ビーム装置では、電子ビームを所定の加速電圧で加速した状態で試料に向けて放出するための電子銃が備えられている。 In an electron beam apparatus such as a scanning electron microscope, a sample is irradiated with an electron beam, thereby acquiring information on the sample or performing predetermined processing on the sample. Such an electron beam apparatus is provided with an electron gun for emitting an electron beam toward a sample while being accelerated at a predetermined acceleration voltage.
この電子銃において、熱電子放出フィラメントが使用された熱電子銃がある。この熱電子銃は、熱電子放出フィラメント(以下、フィラメントという)を有するフィラメントアセンブリを備えている。 Among these electron guns, there is a thermionic gun using a thermionic emission filament. This thermionic gun includes a filament assembly having a thermionic emission filament (hereinafter referred to as a filament).
フィラメントアセンブリは、台座と、台座に取り付けられたフィラメント支持部と、フィラメント支持部に支持されたフィラメントとを備えている。フィラメントの一例としては、多結晶タングステン(W)から構成されたヘアピン形状のものがある。 The filament assembly includes a pedestal, a filament support attached to the pedestal, and a filament supported by the filament support. An example of the filament is a hairpin shape made of polycrystalline tungsten (W).
そして、熱電子銃が電子ビーム装置に搭載された後、この熱電子銃内部を真空引きし、所定の真空雰囲気下においてフィラメントに加熱用電流を流し、これにより当該フィラメントにおけるヘアピン形状部の先端を2700℃程度に加熱する。 Then, after the thermoelectron gun is mounted on the electron beam apparatus, the inside of the thermoelectron gun is evacuated, and a heating current is passed through the filament in a predetermined vacuum atmosphere. Heat to about 2700 ° C.
このようにして加熱されたフィラメントの先端からは熱電子が放出される。放出された熱電子は、熱電子銃内において所定の加速電圧により加速されて電子ビームとなる。この電子ビームは、電子ビーム装置に設けられた電子光学系を介して、電子ビーム装置内に配置された試料に照射される。 Thermoelectrons are emitted from the tip of the filament thus heated. The emitted thermoelectrons are accelerated by a predetermined acceleration voltage in the thermoelectron gun to become an electron beam. This electron beam is irradiated onto a sample disposed in the electron beam apparatus via an electron optical system provided in the electron beam apparatus.
このようにフィラメントの先端が加熱された状態で、熱電子銃の使用を継続していた場合、フィラメントがその寿命に達して切れるという現象が生じる。このような場合には、熱電子銃に取り付けられているフィラメントの交換を行うこととなる。 When the use of the thermoelectron gun is continued in a state where the tip of the filament is heated in this way, a phenomenon occurs that the filament reaches its life and breaks. In such a case, the filament attached to the thermionic gun is exchanged.
このフィラメントの平均寿命としては、上記の例(ヘアピン形状のフィラメント)においては、50〜100時間程度となっている。よって、この平均寿命を長くして、フィラメントの交換頻度を小さくすることが望まれている。 The average life of the filament is about 50 to 100 hours in the above example (hairpin-shaped filament). Therefore, it is desired to increase the average life and reduce the replacement frequency of the filament.
なお、熱電子放出フィラメントの平均寿命を長くする目的で、フィラメントの表面に複数の金属膜を融点の高い順に内側から外側に積層して合金化することも提案されている(特許文献1参照)。 For the purpose of extending the average life of the thermionic emission filament, it has also been proposed to laminate a plurality of metal films on the surface of the filament from the inside to the outside in the descending order of melting point (see Patent Document 1). .
電子ビーム装置に搭載された熱電子銃の使用を継続すると、この熱電子銃内での真空雰囲気下において加熱されたフィラメントからの輻射熱や電子衝突により、フィラメント側に位置する台座の表面が加熱されることとなる。ここで、この台座はアルミナ(Al2O3)から構成されているので、台座に含有されている酸素が、加熱された台座からの放出ガスとしてフィラメント側に放出されることとなる。 If the use of the thermoelectron gun mounted on the electron beam device is continued, the surface of the pedestal located on the filament side is heated by radiant heat and electron collision from the filament heated in a vacuum atmosphere in the thermoelectron gun. The Rukoto. Here, since this pedestal is made of alumina (Al 2 O 3 ), oxygen contained in the pedestal is released to the filament side as a release gas from the heated pedestal.
このように台座から放出された酸素は、熱電子銃の使用の継続中において、加熱されたフィラメントの消耗や劣化を引き起こすこととなり、フィラメントの寿命を短くする原因となっている。なお、熱電子銃の使用中において、フィラメントの消耗や劣化を引き起こすこととなる放出ガスとしては、酸素の他に水蒸気等も考えられる。 As described above, the oxygen released from the pedestal causes consumption and deterioration of the heated filament while the use of the thermoelectron gun is continued, and shortens the life of the filament. It should be noted that as the emitted gas that causes the exhaustion and deterioration of the filament during the use of the thermoelectron gun, water vapor and the like can be considered in addition to oxygen.
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、加熱されたフィラメントからの輻射熱や電子衝突が生じても、台座からの放出ガスに起因するフィラメントの消耗や劣化を防止することができ、これによりフィラメントの寿命が不要に短縮されることのないフィラメントアセンブリを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and even if radiant heat or electron collision from a heated filament occurs, it is possible to prevent the filament from being consumed or deteriorated due to the gas released from the pedestal. It is an object of the present invention to provide a filament assembly that does not unnecessarily shorten the life of the filament.
また、本発明は、このようなフィラメントアセンブリを備えた電子銃並びに当該電子銃を具備した電子ビーム装置を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide an electron gun provided with such a filament assembly and an electron beam apparatus provided with the electron gun.
本発明に基づく一のフィラメントアセンブリは、台座と、台座に取り付けられたフィラメント支持部と、フィラメント支持部に支持されたフィラメントとを備えたフィラメントアセンブリにおいて、フィラメントが配置される側の台座表面に、台座からのガス放出防止用の被膜が形成されていることを特徴とする。 One filament assembly according to the present invention includes a pedestal, a filament support portion attached to the pedestal, and a filament supported by the filament support portion. A coating for preventing gas release from the pedestal is formed.
また、本発明に基づく他のフィラメントアセンブリは、台座と、台座に取り付けられたフィラメント支持部と、フィラメント支持部に支持されたフィラメントとを備えたフィラメントアセンブリにおいて、台座が窒化シリコンからなることを特徴とする。 Another filament assembly according to the present invention is a filament assembly comprising a pedestal, a filament support attached to the pedestal, and a filament supported by the filament support, wherein the pedestal is made of silicon nitride. And
さらに、本発明に基づく電子銃は、上記何れかのフィラメントアセンブリを備えたことを特徴とする。 Furthermore, an electron gun according to the present invention includes any one of the above-described filament assemblies.
そして、本発明に基づく電子ビーム装置は、上記電子銃を具備したことを特徴とする。 And the electron beam apparatus based on this invention comprised the said electron gun, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の一のフィラメントアセンブリにおいては、フィラメントが配置される側の台座表面に、台座からのガス放出防止用の被膜が形成されている。 In one filament assembly of the present invention, a coating for preventing gas emission from the pedestal is formed on the surface of the pedestal on the side where the filament is disposed.
よって、加熱されたフィラメントからの輻射熱や電子衝突が生じても、台座からの放出ガスがガス放出防止用の被膜によって遮断されることとなり、台座からの放出ガスに起因するフィラメントの消耗や劣化を防止することができる。これにより、フィラメントの寿命が不要に短縮されることを防ぐことができる。 Therefore, even if radiant heat or electron collision occurs from the heated filament, the gas released from the pedestal is blocked by the coating film for preventing gas emission, and the filament is consumed and deteriorated due to the gas released from the pedestal. Can be prevented. Thereby, it can prevent that the lifetime of a filament is shortened unnecessarily.
また、本発明の他のフィラメントアセンブリにおいては、台座が窒化シリコンからなる。 In another filament assembly of the present invention, the base is made of silicon nitride.
よって、台座を構成する材料の組成に酸素が含まれていないので、加熱されたフィラメントからの輻射熱や電子衝突が生じても、酸素等の放出ガスが台座から放出されることがない。これにより、フィラメントの消耗や劣化を防止することができ、フィラメントの寿命が不要に短縮されることを防ぐことができる。 Therefore, since oxygen is not included in the composition of the material constituting the pedestal, even if radiant heat or electron collision occurs from the heated filament, a release gas such as oxygen is not released from the pedestal. Thereby, consumption and deterioration of the filament can be prevented, and the life of the filament can be prevented from being unnecessarily shortened.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明における電子ビーム装置を示す概略構成図である。本実施の形態において、当該電子ビーム装置は、走査形電子顕微鏡の例である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an electron beam apparatus according to the present invention. In the present embodiment, the electron beam apparatus is an example of a scanning electron microscope.
この電子ビーム装置は、電子銃1を備えている。電子銃1は、図示しないフィラメントアセンブリを備えており、フィラメントアセンブリに取り付けられたフィラメントから電子が引き出される。 The electron beam apparatus includes an electron gun 1. The electron gun 1 includes a filament assembly (not shown), and electrons are extracted from the filament attached to the filament assembly.
本実施の形態においては、電子銃1は、熱電子放出フィラメントが使用された熱電子銃とされている。この熱電子銃においては、内部に設けられたフィラメントに加熱用電流(例えば2〜3A)を流して、後述するフィラメントの先端部を2700〜2800℃程度に加熱する。このとき、熱電子銃内部の真空引きが行われ、フィラメントは所定の真空雰囲気(圧力が1×10−3Pa以下の雰囲気)に置かれる。この状態で、フィラメントから電子が引き出される。 In the present embodiment, the electron gun 1 is a thermionic gun using a thermionic emission filament. In this thermoelectron gun, a heating current (for example, 2 to 3 A) is supplied to a filament provided inside, and the tip of the filament described later is heated to about 2700 to 2800 ° C. At this time, the inside of the thermionic gun is evacuated, and the filament is placed in a predetermined vacuum atmosphere (atmosphere having a pressure of 1 × 10 −3 Pa or less). In this state, electrons are extracted from the filament.
このようにして引き出された電子は、電子銃1内において加速され、電子ビーム7として電子銃1から試料6に向けて放出される。
The electrons extracted in this way are accelerated in the electron gun 1 and emitted from the electron gun 1 toward the
電子銃1から放出された電子ビーム7は、集束レンズ2及び対物レンズ4によって試料6上に細く集束された状態で照射される。このとき、走査コイル3により電子ビーム7は適宜偏向される。これにより、電子ビーム1は試料6上を走査することとなる。ここで、集束レンズ2、走査コイル3、及び対物レンズ4により電子光学系9が構成される。
The
電子ビーム7が走査された試料6からは、2次電子等の被検出電子8が発生する。この被検出電子8は、電子検出器5により検出される。そして、電子検出器5による被検出電子8の検出結果に基づいて試料8の走査像が作成される。
From the
上記構成からなる電子ビーム装置に搭載された電子銃1には、上述のごとく、フィラメントアセンブリが備えられている。 As described above, the electron gun 1 mounted on the electron beam apparatus having the above-described configuration includes the filament assembly.
本発明におけるフィラメントアセンブリの第1実施例の構成を図2に示す。同図において、11はフィラメントアセンブリである。 The configuration of the first embodiment of the filament assembly according to the present invention is shown in FIG. In the figure, reference numeral 11 denotes a filament assembly.
このフィラメントアセンブリ11は、絶縁体から構成される台座12を備えている。この台座12は、アルミナ(Al2O3)から構成されている。そして、金属からなる2本のステムポール13(フィラメント支持部)が、この台座12を貫通するように取り付けられている。これらのステムポール13は、台座12に溶着材料14によって溶着されている。
The filament assembly 11 includes a
ステムポール13の先端部13aには、多結晶タングステン(W)から構成されるフィラメント15の基端部が取り付けられている。このフィラメント15はペアピン形状となっている。そして、ヘアピン形状とされた当該フィラメント15の先端部16から電子が引き出されるようになっている。フィラメント15の直径は100〜150μmである。
A proximal end portion of a
本発明においては、フィラメント15が配置される側の台座12の表面(台座表面)12aには、金属被膜(ガス放出防止用の被膜)17が形成されている。この被膜17は、金(Au)、白金(Pt)、若しくはチタン(Ti)から構成され、その膜厚は10〜1000nmとなっている。
In the present invention, a metal film (a film for preventing gas release) 17 is formed on the surface (base surface) 12a of the base 12 on the side where the
そして、該被膜17は、イオンプレーティング、スパッタリング、若しくは蒸着により形成されている。この場合、台座表面12aにおいて、一方のステムポール13の周囲部17aには、マスキングを施しておく。これにより、被膜17によって、両ステムポール13間での短絡が発生することを防止する。
The
このようなフィラメントアセンブリ11を備えた電子銃1においては、加熱されたフィラメント15からの輻射熱や電子衝突が生じても、台座12からの放出ガスがガス放出防止用の被膜17によって遮断されることとなり、台座12からの放出ガスに起因するフィラメント15の消耗や劣化を防止することができる。これにより、フィラメント15の寿命が不要に短縮されることを防ぐことができる。
In the electron gun 1 having such a filament assembly 11, even if radiant heat or electron collision from the
なお、図3に示すように、フィラメントアセンブリ11の電子銃1への実装時には、フィラメント15の先端部16に被膜17が形成されていてもよい。この場合、当該先端部16に形成された被膜17は、上記真空雰囲気における加熱により溶融されて蒸発することとなり、先端部16からの電子の放出に支障は生じない。
As shown in FIG. 3, when the filament assembly 11 is mounted on the electron gun 1, a
また、図4に示すように、台座12の周囲を保持するための枠体18の表面にも被膜17が形成されていてもよい。
Further, as shown in FIG. 4, a
なお、図2及び図4に示すフィラメントアセンブリ11を構成する台座12の台座表面12aに被膜17を設ける際には、フィラメントアセンブリ11の組立後に、当該台座表面12aにイオンプレーティング、スパッタリング、若しくは蒸着を施す。
When the
次に、本発明におけるフィラメントアセンブリの変形例の構成を図5に示す。同図において、台座12は、上記と同様にアルミナから構成されているが、その台座表面12には窒化シリコン(Si3N4)からなる絶縁被膜(ガス放出防止用の被膜)19が形成されている。
Next, a configuration of a modification of the filament assembly in the present invention is shown in FIG. In this figure, the
このような窒化シリコンからなる被膜19は、CVD法により形成することができる。なお、この場合、窒化シリコンは絶縁性を有するので、一方のステムポール13の周囲部に対して上述のようなマスキングを施す必要がなく、効率良く被膜19を形成することができる。
Such a
このようなフィラメントアセンブリ11を備えた電子銃1においても、加熱されたフィラメント15からの輻射熱や電子衝突が生じた際に、台座12からの放出ガスがガス放出防止用の被膜19によって遮断されることとなり、台座12からの放出ガスに起因するフィラメント15の消耗や劣化を防止することができる。これにより、フィラメント15の寿命が不要に短縮されることを防ぐことができる
さらに、本発明におけるフィラメントアセンブリの第2実施例の構成を図6に示す。上述の各例における台座12は、アルミナから構成されるものであったが、本実施例における台座12bは、窒化シリコンから構成される。
Also in the electron gun 1 having such a filament assembly 11, when radiation heat from the
従って、本実施例においては、台座12bを構成する材料の組成に酸素が含まれていない。よって、加熱されたフィラメント15からの輻射熱や電子衝突が生じても、酸素等の放出ガスが台座12bから放出されることがない。これにより、フィラメント15の消耗や劣化を防止することができ、フィラメント15の寿命が不要に短縮されることを防ぐことができる。
Therefore, in the present embodiment, oxygen is not included in the composition of the material constituting the pedestal 12b. Therefore, even if radiant heat from the
なお、上記各例において、フィラメント15はヘアピンフィラメントの形態を有していたが、これに限らず、例えばポイントフィラメント、シャープドフィラメント、セミポイントフィラメントの内の何れかの形態のものであってもよい。また、フィラメント15は、多結晶タングステンから構成されるものに限定されず、例えばタングステンとレニウム(Re)とからなる合金から構成されるものであってもよい。
In each of the above examples, the
さらに、電子銃1として熱電子銃の例として説明したが、熱陰極電界放出銃又は冷陰極電界放出銃の例においても適用することができる。 Furthermore, although the electron gun 1 has been described as an example of a thermionic gun, it can also be applied to an example of a hot cathode field emission gun or a cold cathode field emission gun.
1…電子銃、2…集束レンズ、3…走査コイル、4…対物レンズ、5…電子検出器、6…試料、7…電子ビーム、8…被検出電子、11…フィラメントアセンブリ、12…台座、12a…台座表面、13…ステムポール、14…溶着材料、15…フィラメント、16…フィラメント先端部、17…被膜、18…枠体、19…被膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun, 2 ... Focusing lens, 3 ... Scanning coil, 4 ... Objective lens, 5 ... Electron detector, 6 ... Sample, 7 ... Electron beam, 8 ... Electron to be detected, 11 ... Filament assembly, 12 ...
Claims (11)
An electron beam apparatus comprising the electron gun according to claim 10.
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---|---|---|---|---|
JP2008175726A (en) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Tohoku Univ | Electron beam irradiating device |
JP2015524144A (en) * | 2012-05-22 | 2015-08-20 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Cathode filament assembly |
JP2019526922A (en) * | 2016-09-07 | 2019-09-19 | ペイトン タービン テクノロジーズ エルエルシー | Coaxial electron gun |
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2005
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JP2015524144A (en) * | 2012-05-22 | 2015-08-20 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Cathode filament assembly |
US9916959B2 (en) | 2012-05-22 | 2018-03-13 | Koninklijke Philips N.V. | Cathode filament assembly |
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