JP3524737B2 - 電子銃及び電子線装置 - Google Patents
電子銃及び電子線装置Info
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Description
に用いられる電子銃、及び走査電子顕微鏡等の電子線装
置に関する。
束された電子線で試料表面を2次元的に走査し、その走
査により試料から発生した2次電子を検出して試料の2
次電子像を得る装置である。
接に関係しており、光源の大きさが小さい程、分解能は
向上する。従来の高分解能SEMにおいては、光源の大
きさが小さい電界放射型電子銃(FEG)が用いられて
おり、図1はそのFEGを示したものである。図1に示
すように、FEGにおいては、チップ1と引出電極2間
にバイアス電圧V1が印加されてチップ先端から電子が
放出され、その電子は加速電極3により加速される。
1の先端から放出される電子を示したものであるが、こ
の図に示すように、電子はチップ先端の比較的広い領域
から放射される。このため、光源の大きさとしては数n
mが限界である。
ので、その目的は、数nmより小さい光源の電子銃を提
供することにある。
電極に対向して配置された引出電極と、前記引出電極か
ら前記尖頭電極に向けて真空トンネル電流が流れるよう
に、前記引出電極と尖頭電極間に電圧を印加する電圧印
加手段と、前記引出電極を透過した電子を加速する加速
手段と、前記尖頭電極と前記引出電極間にガスを導入す
るガス導入手段と、前記尖頭電極と前記引出電極間に電
圧を印加するイオン化電圧印加手段と、を備え、前記イ
オン化電圧印加により前記尖頭電極と前記引出電極間の
前記ガスをイオン化し、そのイオンにより前記引出電極
をイオンエッチング可能に構成したことを特徴とする電
子銃。請求項2の発明は、前記尖頭電極は、XYZ軸方
向に移動可能な移動手段に取り付けられることを特徴と
する請求項1に記載した電子銃である。請求項3の発明
は、前記引出電極をアニーリングする加熱手段を備えた
請求項1又は2に記載した電子銃である。請求項4の発
明は、STM像表示手段を備えた請求項1乃至3のいず
れかに記載した電子銃である。請求項5の発明は、請求
項1乃至4に記載した電子銃を備えた電子線装置であっ
て、前記電子銃で発生した電子を試料に照射し、その電
子線の照射により試料から発生した信号を検出する電子
線装置である。請求項6の発明は、前記電子線装置は走
査電子顕微鏡であることを特徴とする請求項5に記載し
た電子線装置である。
施の形態について説明する。
査電子顕微鏡の構成を示した図である。図3において、
5は電子銃であり、以下にこの電子銃の構成について詳
しく説明する。
と、そのスキャナの先端に取り付けられた尖頭電極7
と、尖頭電極7に対向して配置された引出電極8と、引
出電極8の後段に配置された加速電極9を備えている。
に移動可能なXY軸方向移動素子6XYと、Z軸方向に
移動可能なZ軸方向移動素子6Zを備えており、前記X
Y軸方向移動素子6XYはXY駆動手段10に接続され
ている。また、スキャナ6のZ軸方向移動素子6ZはZ
駆動手段11に接続されており、Z駆動手段11の他端
は前記尖頭電極7に接続されている。この尖頭電極7と
して、走査トンネル顕微鏡の探針が用いられ、尖頭電極
7は、単結晶のWで形成されている。
引出電極8は、板状であり、引出電極8の中心付近は、
イオンミーリングや電解研磨等により孔が空かない程度
に薄くされている。この引出電極8と前記尖頭電極7間
には、引出電源12により引出電圧が印加されるように
構成されており、また、接地電極である前記加速電極9
は、加速電源13に接続されている。
したが、次に、電子銃以外の部分の構成について説明す
る。なお、この電子銃以外の部分の構成は、従来の走査
電子顕微鏡における構成とほぼ同じである。
向に偏向させるスキャンコイルであり、このスキャンコ
イル14は偏向電源15に接続されている。また、16
は、電子線を試料17上に収束させる対物レンズであ
る。前記試料17の上方には、電子線の照射により試料
から発生した2次電子を検出する2次電子検出器18が
配置されており、2次電子検出器18は表示装置19に
接続されている。
気装置により排気される。
て説明したが、次に、この装置の動作について説明す
る。
離が1nm程度になるように、前記Z駆動手段11はZ
軸方向移動素子6Zを制御する。このようにして尖頭電
極7が引出電極8に近付けられると、これらの間に2V
程度の引出電圧が印加される。この電圧の印加により、
前記尖頭電極7中の電子は前記引出電極8にトンネル
し、引出電極8から尖頭電極7に向かって真空トンネル
電流が流れる。この真空トンネル電流は前記Z駆動手段
11で検出されており、Z駆動手段11は、真空トンネ
ル電流が常に所定値になるように前記Z軸方向移動素子
6Zを制御する。
れる電子を示したものである。図4に示すように、真空
トンネル現象を利用した本発明の電子銃においては、多
くの電子が尖頭電極7の先端の1原子から放出され、1
nm以下の原子レベルの光源を得ることができる。ま
た、尖頭陰極7と引出電極8間に流れる前記真空トンネ
ル電流の電流密度は、前記FEGのチップと引出電極間
に流れる電流の電流密度より大きい。
のうち、前記引出電極8を透過した電子は前記加速電極
9により加速される。そして、電子線は前記スキャンコ
イル14により偏向され、試料表面は電子線で2次元的
に走査される。この電子線の照射により試料17から発
生した2次電子は、2次電子検出器18で検出され、2
次電子検出器18の出力信号は、前記偏向電源15から
スキャンコイル14に供給される走査信号に同期して前
記表示装置19に送られる。この結果、表示装置19の
画面上には試料17の2次電子像が表示される。
て説明したが、この装置の分解能は、光源の大きさが上
述したように1nm以下と非常に小さいため、従来の走
査電子顕微鏡の分解能に比べてかなり小さい。
輝度を大きくすることができる。
と、前記尖頭電極7から放出された電子は引出電極8を
透過することができないが、以下に、引出電極8を薄く
する機構を備えた電子銃について説明する。
た電子銃を示した図である。図5において、前記図3の
構成と同じ構成には、同じ番号が付されている。
蓄えたArガス供給器であり、Arガス供給器20は、
電子銃室にArガスを供給できるように電子銃に取り付
けられている。21は、Arガス供給器のバルブであ
る。また、22はSTM像表示手段であり、STM像表
示手段22は前記Z駆動手段11に接続されている。2
3は、前記引出電極8に接続された加熱電源である。な
お、電子銃は、図示しない排気装置により排気されるよ
うに構成されている。
の厚さが厚くて、前記尖頭電極7から放出された電子が
引出電極8を透過しない場合、オペレータは、前記バル
ブ21を開いて電子銃室にArガスを入れる。そして、
オペレータは、前記引出電源12の極性を図5に示すよ
うにして、前記尖頭電極7と引出電極8間に数100V
の電圧を印加する。この電圧の印加により、引出電極8
から電子が放出されてその電子は尖頭電極7に向かい、
その電子と衝突したAr分子は電子を失って陽イオンと
なる。また、この電圧の印加により、正極である前記尖
頭電極7の近くに存在するAr分子は電子を失って陽イ
オンとなる。このように陽イオンとなったArイオン
は、負極である前記引出電極8に衝突し、引出電極8の
表面はエッチングされる。この際、前記XY軸方向移動
素子6XYが2次元的に移動されて、前記尖頭電極7は
2次元的に移動されるので、前記引出電極8の表面は広
い範囲にわたってエッチングされる。
と、オペレータは、前記バルブ21を閉じると共に、前
記引出電圧を0Vにする操作を行い、エッチングは終了
する。エッチングが終了すると、オペレータは、前記加
熱電源23の電源を入れる。加熱電源23の電源が入る
と、前記引出電極8は高温に加熱され、この加熱によ
り、前記エッチングによって引出電極表面に出来た凹凸
はなくなって表面は平坦になる。
処理が終わると、オペレータは、引出電極8の表面が本
当に平坦になったかどうかを確認するために、引出電極
8表面のSTM像を表示するための操作を行う。その操
作において、オペレータは、前記引出電源12の極性を
前記図3のように戻し、前記尖頭電極7と引出電極8間
に2V程度の電圧が印加されるように、前記引出電源1
2を調整する。
前記尖頭電極7は、引出電極8上を2次元的に移動さ
れ、また、前記Z駆動手段11は、尖頭電極7と引出電
極8間に流れる真空トンネル電流が一定に保たれるよう
に前記Z軸方向移動素子6Zを制御する。このZ軸方向
移動素子6Zの出力信号は、引出電極表面の凹凸を表し
ており、前記STM像表示手段22は、その信号から引
出電極表面のSTM像を画面上に表示させる。この画面
上に良好なSTM像が表示されれば、引出電極8の表面
はSTM観察できる程度に平坦であることが分かり、一
方、画面上に良好なSTM像が表示されなければ、引出
電極8の表面には、STM観察できない程の凹凸がある
ということが分かる。引出電極8の表面が、STM観察
できる程度に平坦であれば、安定した真空トンネル電流
が前記尖頭電極と引出電極間に流れる。
ある。
した図である。
示した図である。
ある。
銃、6…スキャナ、6XY…XY軸方向移動素子、6Z
…Z軸方向移動素子、7…尖頭電極、8…引出電極、9
…加速電極、10…XY駆動手段、11…Z駆動手段、
12…引出電源、13…加速電源、14…スキャンコイ
ル、15…偏向電源、16…対物レンズ、17…試料、
18…2次電子検出器、19…表示装置、20…Arガ
ス供給器、21…バルブ、22…STM像表示手段、2
3…加熱電源
Claims (6)
- 【請求項1】尖頭電極と、 前記尖頭電極に対向して配置された引出電極と、 前記引出電極から前記尖頭電極に向けて真空トンネル電
流が流れるように、前記引出電極と尖頭電極間に電圧を
印加する電圧印加手段と、 前記引出電極を透過した電子を加速する加速手段と、 前記尖頭電極と前記引出電極間にガスを導入するガス導
入手段と、 前記尖頭電極と前記引出電極間に電圧を印加するイオン
化電圧印加手段と、を備え、 前記イオン化電圧印加により前記尖頭電極と前記引出電
極間の前記ガスをイオン化し、そのイオンにより前記引
出電極をイオンエッチング可能に構成したことを特徴と
する電子銃。 - 【請求項2】前記尖頭電極は、XYZ軸方向に移動可能
な移動手段に取り付けられることを特徴とする請求項1
に記載した電子銃。 - 【請求項3】前記引出電極をアニーリングする加熱手段
を備えた請求項1又は2に記載した電子銃。 - 【請求項4】STM像表示手段を備えた請求項1乃至3
のいずれかに記載した電子銃。 - 【請求項5】請求項1乃至4に記載した電子銃を備えた
電子線装置であって、 前記電子銃で発生した電子を試料に照射し、その電子線
の照射により試料から発生した信号を検出する電子線装
置。 - 【請求項6】前記電子線装置は走査電子顕微鏡であるこ
とを特徴とする請求項5に記載した電子線装置。
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1997
- 1997-11-18 JP JP31684597A patent/JP3524737B2/ja not_active Expired - Fee Related
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