JPH03155033A

JPH03155033A - 光電面利用電子源装置

Info

Publication number: JPH03155033A
Application number: JP29445189A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kinoshita; 勝之木下; Motohiro Suyama; 本比呂須山
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1991-07-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野１この発明は、例えば電子顕微鏡のような、真空装置を備
えた機器の電子源に係り、特に、出力の大きいパルス電
子ビームを得ることができる光雪面利用電子源装ばに関
する。【従来の技術】例えば電子顕微鏡における２子源としては、従来、熱カ
ソード、電界放射型カソード等を用いたものがある。この場合、パルス電子ビームを得ようとすると、電気的
なゲートを利用することになる。この電気的なゲートの一種としては、第１０図に示され
るようなものがある。即ち、ヒーター１によって加熱されるカソード２と、第
１及び第２グリツド３．４を備えてなる電子銃において
、第２グリツド４にプラスのパルス電圧を加えることに
より、その瞬間だけ電子を引出すようにしたものである
。他の方法としては、連続電子ビームに横方向の電界を印
加することによってこれを偏向し、絞りの開口上を横切
らせて電子ビームパルスを切取るようにしたものがある
。上記２種類の方法では、ピーク電流量が小ざく、特にパ
ルス幅を短くしていくと、これに比例して電流量が小さ
くなってしまうという問題点がある。更に、これに加えて、パルス幅がせいぜい数十ｐＳに制
限されてしまうという問題点もある。上記の他の電子源としては、紫外線領域のみ光電変換感
度があるＡｕ等の光電面を紫外パルス光源で励起するも
のがある。このような紫外パルス光は、例えば、ゲラスフフィバ−
１電気光学結晶等を用いて可視パルスレーザから作り出
されるが、その構成が複雑且つ特殊であり、安定的に動
作させること及び組立てが容易でないという問題点があ
る。上記のような電子源に対して、従来、紫外以外の可視部
から赤外部にも感度のあるアルカリ光電面を用いたもの
がある。このアルカリ光電面を用いた電子源は、波長が例えば７
０００１１以上のレーザダイオードを光源として用いる
ことができると共に、光電面の応答速度が非常に速いた
めに、１００フェムト秒という非常に短い電子パルスを
得ることができる。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、アルカリ光電面は、低真空になると容易
に酸化して感度を失う性質があり、更に、常温でアルカ
リ原子が移動して感度が減少してしまい、このため、容
器が比較的小さく、高真空を維持して封じきることが可
能な真空管にのみ利用できるという問題点があった。例えば特開昭６０〜３７６３３号公報に開示されるよう
に、電子源としては、光源と、この光源により照射され
光電子を放出する光電面と、充電面から放出された光電
子をビーム状に集束して前方に放出する電子レンズと、
を備えた光電子銃がある。このような構成の電子源は、高真空で封じきられる真空
管には適用できるが、電子顕微鏡の場合のように、常時
真空ポンプで引いているにもかかわらず、その容積が大
きいため、比較的低真空となる装置においては、光電面
材料の移動や酸化等による光電面の劣化が著しいという
問題点がある。この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので
あって、酸化による感度低下が少なく、且つアルカリ原
子の移動も少なく、容易に高真空を維持することができ
るようにしたアルカリ充電面を利用した電子ｉＩ！装置
を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段１この発明は、パルス光源とアルカリ金属を成分とした光
電面とを組合わせてなり、パルス光源からのパルス光に
応じて光電面から光電子を放出するようにした光電面利
用電子源装置において、光電子ビームが照射される被照
射物体を収納する光電子受容室と、前記光電面を、前記
光電子受容室及び周囲から隔離して囲む光電面格納室と
、この光電面格納室と前記光電子受容室との間の隔壁に
形成され、光電面から放出された光電子ビームが光電子
受容室に到達するに必要な最小の小孔と、前記光電子受
容室を排気する排気口と、この排気口から独立して前記
光電面格納室を、前記光電子受容室よりも高真空に排気
する第２の排気口と、を設けることにより上記目的を達
成するものである。又、この発明は、前記隔壁の小孔を、電子銃における電
極の電子ビーム制限アバーチセを兼用し、前記光電子受
容室内に、前記電子ビーム制限アパーチャの像を結像す
るようにして上記目的を達成するものである。更に、前記隔壁の小孔を、電子銃における電極の電子ビ
ーム制限アパーチャを兼用し、前記光電子受容室内に、
前記電子ビーム制限アパーチャと前記光電面間にできる
クロスオーバー点を結像するようにして上記目的を達成
するものである。更に、前記小孔よりも小径であって、光電子ビームの通
過を許容する微小孔を、前記クロスオーバー点に備えた
第２の隔壁により、前記光電面格納室と光電子受容室と
を隔離することにより上記目的を達成するものである。又、前記パルス光源を、半導体レーザとすることにより
上記目的を達成するものである。又、前記光電面格納室と光電子受容空間に、両室を連通
、遮断自在とするゲートバルブを設けることにより上記
目的を達成するものである。更に又、前記光電子受容室に、前記小孔を通過した光電
子ビームの縮小投射電子光学系と、電子ビーム走査光学
系と、試料支持部と、この試料支持部上の試料を光電子
ビームで照射したとき発生する信号の検出部と、を設け
ることにより上記目的を達成するものである。【作用］この発明においては、アルカリ光電面が格納される光電
面格納室と、光電子ビームが照射される被照射物体を収
納するための光電子受容室とを隔壁をもって隔離し、且
つ該隔壁に光電子ビームの通過に必要な最小の小孔を設
け、更に、前記光電子受容室と′光電面格納室を独立し
た排気口から排気して、光電面格納室をより高真空に排
気するようにしているので、アルカリ原子が光電面格納
室から光電子受容室に移動することが抑制されると共に
、小さい部屋である光電面格納室を、光電子受容室より
高真空に維持することができ、従って、アルカリ充電面
の感度の劣化を抑制することができる。【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。本発明の第１実施例は、第１図に示されるように、光電
面利用電子源装置１０を、アルカリ金属を成分とした光
電面１２を格納する小容積の光電面格納室１４と、光電
子ビームが供給され、該光電子ビームが照射される被照
射物体く図示省略）を収納するための光電子受容室１６
とを、隔壁１８によって隔離して形成すると共に、該隔
を１８に光電子ビーム通過に必要な最小径の小孔２０を
設け、更に、前記光電面格納室１４と光電子受容室１６
とを別個独立の真空ポンプ２２Ａ、２４Ａを備えた排気
口２２．２４により排気して、光電面格納室１４をより
高真空に維持するように構成したものである。なお、排
気方法についての変形例としては、排気口２２．２４を
別々に設けても、真空ポンプについては、排気能力が高
ければ、共通のものを用いても、光電面格納室１４が小
容積であるので、これを光電子受容室１６側より十分高
い真空度に保つことができる。ここで、前記小孔２０の径は３１以下とする。第１図の符号２６はレーザダオイオードからなるパルス
光源、２８はこのパルス光源２６からのパルス光を光電
面格納室１４内に入射させるためのガラス面板、３０は
光電面格納室１４内に配置された電子ビームの加速用メ
ツシュ電極をそれぞれ示す。前記光電面１２はガラス面板２８の内側面に形成されて
いる。ここで、前記光電面１２及び加速用メツシュ電極３０に
対しては、前記小孔２０をＧＮＤとしたとき、これに対
して、−ＶＣ＜−ＶＭ＜Ｏなる直流電圧−Ｖｃ及び−Ｖ
ｓがそれぞれ印加されるようになっている。次に、第１図の実施例装置の作用について説明する。レーザダイオードからなるパルス光源２６からパルス光
が入射すると、光電面１２からは、パルス電子流が放出
される。アルカリ充電面の応答速度は一般に非常に速く、１００
フェムト秒以下とされているので、１００フェムト秒レ
ーザパルスを入射することにより、これに対応する１ｏ
Ｏフ工ムト秒という非常に短いパルス電子流を得ること
ができる。なお、アルカリ光電面と短パルス光源の組合わせ以外の
手段によって上記のような短いパルス電子流を得ること
ができない。又、上記のように、排気口２２によって、小容積の光電
面格納室１４が、光電子受容￥１６とは独立して、より
高真空に排気され得るので、高真空状態を維持し易く、
従って、低真空によるアルカリ光電面１２の感度劣化が
少ない。又、光電面格納室１４は、光電子ビーム通過に必要な最
小径の小孔２０によってのみ光電子ビーム１６と連通さ
れているので、アルカリ原子が光電子ビーム１６内に移
動することを抑制することができる。又、上記のようにアルカリ光電面１２をこの感度劣化を
伴うことなく利用できるので、波長が７ＱＱｒｖ以上の
レーザダイオードを光源として用いることができ、従っ
て、システム全体を比較的容易且つ小型に構成すること
ができる。又、レーザダイオードの最近の短パルス化技
術によって、１５ピコ秒以下の短パルス電子ビームをも
得ることができる。次に、第２図に示される本発明の第２実施例について説
明する。この第２実施例は、本発明をＩＣテスターに適用したも
のである。この第２実施例に係るＩＣテスター１１は、前記第１図
の第１実施例と比較して、隔壁１８と光電子受容室であ
る試料室３２との間にゲートバルブ３４が設けられると
共に、試料室３２内に、集束及び走査のための電子レン
ズ３６と、検出器３８と、試料支持部４１とが設けられ
ている点において相違している。他の構成は前記第１実施例と同一であるので、第１図に
おけると同一部分には同一符号を付することにより説明
を省略するものとする。なお、第２図の符号４０は被測定物たる試料を示す。ここで、前記ゲートバルブ３４は、試料室３２と光電面
格納室１４とを連通又は遮断するものであって、開閉の
ときは光電面格納ｖ１４と試料室３２の真空を完全に切
離すことができるようにされている。前記パルス光源２６は、レーザダイオード２６Ａ、ＣＰ
Ｍリングレーザ２６Ｂ又はシンクポンプダイレーザ２６
Ｃ等から構成されている。次に、上記第２実施例の作用について説明する。真空ポンプ２２Ａ及び２４Ａにより、光電面格納室１４
及び試料室３２を排気し、各空白を真空状態にする。このとき、ゲートバルブ３４は閉じておく。光電面格納室１４は試料室３２に比べると小容積である
ので、容易に且つ迅速に、試料室３２よりも高真空状態
にすることができる。パルス光源２６からパルス光を出射させるとき、ゲート
バルブ３４を開く。この状態で、光電面格納室１４は、隔壁１８の小孔２０
を介して試料室３２に連通されるが、該小孔２０は光電
子ビームが通過するのに必要最小限の径であり、且つ光
電面格納室１４の容積が小さいので、独立した排気口２
２からの排気によって容易に高真空状態に維持すること
ができる。パルス光源２６からのパルス光がガラス面板２８を通っ
てアルカリ光電面１２に受光されると、該光電面１２か
らはパルス光のパルス幅及び光量に応じた光電子パルス
ビームが放出される。この光電子パルスビームは加速用メツシュ電極３０によ
って引かれ、隔壁１８の小孔２０を通って試料室３２に
導かれる。このとき、小孔２０は光電子ビームの制限ア
パーチャも兼ねることになる。即ち、小孔２０により光電子ビームの中央部分だけ切出
され、電子レンズの収差を実質的に低減させる制限アパ
ーチャの機能を果すことになる。試料室３２内に配置された電子レンズ３６は、光電子ビ
ームを、試料（ＩＣ）４０の１点（Ｉ極）に、微小スポ
ットになるように結像し、且つこれを掃引する。一般に、電極に高エネルギーの電子（−次電子）が衝突
すると、二次電子が発生するが、二次電子のエネルギー
は電極の電位に依存する。従って、二次電子のエネルギーを検出器３８によって測
定することにより、電極の電位を計測することかできる
。一般に、この種の検出器は、応答速度が遅いため、ＩＣ
上の高速の電気信号を計測するためには、−次電子を短
パルス電子ビームとしてサンプリング法（ストロボ法）
で、波形の一部分を抜出しながら、タイミングを変えて
全波形を再現測定する方法が用いられている。この実施例においては、上記のようなアルカリ光電面１
２を利用した電子源によって発生する短パルス光電子ビ
ームを用いることによって、上記のような計測が、より
高分解能で容易に行うことができる。測定が終了したときは、ゲートバルブ３４を閉じ、光電
面格納苗と試料室３２を隔絶すると共に、排気口２２か
らの排気により、光電面格納至１４を更に高真空にして
これを維持することができる。従って、アルカリ光電面１２の劣化を更に抑制すること
ができる。なお、実記第２実施例は１個のゲートバルブを設けたも
のであるが、これは２個設けるようにしてもよい。ゲートバルブを光雪面格納至１４及び試料室３２の両方
に取付けておけば、各ゲートバルブを閉じることにより
冬至の真空を保って分離できる。このような構造にしておけば、光電面１２を再生する際
は、光電面格納ｖ１４のみを持ち運べばよく、又、光電
面格納至１４のみを別個に作成して試料室３２と組合わ
せることもできる。次に、第３図に示される本発明の第３実施例について説
明する。この第３実施例は、前記第１又は第２実施例における隔
壁１８の前側に第２の隔壁４２を設けると共に、この第
２の隔壁４２に制限アパーチャである小孔２０よりも更
に小径の微小孔４４を設け、且つ、光電子ビームが前記
微小孔４４の位置で細く絞られるように該光電子ビーム
を集束する電子レンズ４６を設けたものである。この電子レンズ４６は、共に中央部分に開口を備えた円
筒状のグリッド４６Ａ及びアノード４６Ｂから構成され
ている。他の構成は、前記第１又は第２実施例と同一であるので
、説明を省略するものとする。この実施例においては、光電面１２から放出される光電
子ビームを、電子レンズ４６で、第２の隔壁４２におけ
る微小孔４４位置に集束するようにしているので、光電
面格納至１４と光電子受容至１６との差動排気の効率を
向上させることができる。更に、前記隔壁１８の小孔２０を光電子ビーム制限アパ
ーチャとすることによって、該光電子ビームのうちの均
質な中央部分だけを光電子受容至１６又は試料Ｗ３２に
供給することができる。この実施例の場合、電子ビーム制限アパーチャである小
孔２０を通った光電子ビームを試料面上に電子レンズを
用いて小さく結像するが、基の像としては、前記微小孔
４４を結像する場合と、制限アパーチャである小孔２０
を結像する場合の両方がある。次に第４図に示される本発明の第４実施例について説明
する。この第４実施例は、光電面格納室１４内に、光電面１２
に接近した位置に第１の電極４８を、又、隔壁１８の位
置に第２のＮ極５０をそれぞれ設け、第１の電極４８に
は例えば１０ｖの正電位、隔壁を兼ねた第２の電極５０
にはそれより大きな例えば３００■程度の正電位を印加
するようにしたものである。この第４実施例の場合は、光電面１２から放出された光
電子ビームは、クロスポイントを持たない層流となる。このように光電子ビームを層流にすると、高い電子密度
になる部分がなくなるので、高い電流を取るときでも、
空間電荷交換による反発が小ざくなり、諸特性が向上す
ることになる。なお、この場合、制限アパーチャである小孔２０の像は
縮小されて試料上に結像されることになる。次に、第５図に示される本発明の第５実施例について説
明する。この第５実施例は、隔壁１８を兼ねる加速電極５２を設
けると共に、該加速電極５２に接近して、光電子受容室
１６又は試料室３２内に集束電極５４を設けたものであ
る。このＭ５実施例の場合は、光電面１２から放出された光
電子ビームは、隔壁を兼ねる加速電極５２によって加速
され、且つ、その中央に形成された小孔２０によって中
央部分のみ切出され、これが、集束電極５４によって集
束され、試料に到達することになる。この場合、光電子ビームは層流となる。次に、第６図に示される本発明の第６実施例について説
明する。この第６実施例は、前述の第４図及び第５図に示される
第４、第５実施例と同様に光電子ビームを層流で使゛用
する場合のものである。この第６実施例は、光電面１２と隔壁１８との間に電子
レンズ５６を配置し、該電子レンズ５６によって、光電
面１２から放出された光電子ビームが、隔壁１８の小孔
２０位置で絞られる層流となるようにしたものである。ここで、電子レンズ５６は、共に隔壁１８側に開く椀状
のビーム形成電極５６Ａと、アノード５６Ｂとから構成
されている。この実施例の場合、隔壁１８の小孔２０は、光電子ビー
ムの制限アパーチャも兼用している。次に、第７図に示される本発明の第７実施例について説
明する。この第７実施例も、光電面１２と隔壁１８との間に電子
レンズ５８を配置したものであるが、この電子レンズ５
８は、光電面１２側から、メツシュ状のグリッド５８Ａ
と、円筒状の集束電極５８Ｂと、中心に開口を有する板
状のアノード５８Ｃとから構成されている。この実施例においても、前記隔壁１８の小孔２０は、光
電子ビームの制限アパーチャを兼ねている。次に、第８図に示される本発明の第８実施例について説
明する。この第８実施例も、隔壁１８と光電面１２の間に電子レ
ンズ６０を設けたものである。この電子レンズ６０は、光電面１２と略等しい径の円環
状の第１集束電極６０Ａと、この第１集束電極６０Ａよ
り小径の第２集束電極６０Ｂと、中央に小孔２０を持つ
板状のアノード６０Ｇからなり、アノード６０Ｃは、隔
壁１８の一部を兼用している。次に、第９図に示される本発明の第９実施例について説
明する。この第９実施例は、反射型のアルカリ光電面１２Ａを用
いたものであり、該光電面１２Ａは、不透明な基板１３
上に設けられている。この実施例の場合、パルス光源は、光電面格納子１４内
又はその外側に、光電面１２Ａに斜めにパルス光が入射
するように配置されている。この実施例においては、光電面１２Ａと隔壁１８との間
には、前記第６実施例における湾状のビーム形成電極５
６Ａとアノード５６Ｂからなる電子レンズ５６が配置さ
れている。

【発明の効果】

本発明は、上記のように構成したので、光電面周囲を、
光電子ビームを供給される側の部屋と隔絶して、且つ、
高真空状態に容易に維持することができ、光電面の劣化
及びアルカリ原子の移動を抑制することができるという
優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の光電面利用電子源装置の第
１及び第２実施例を示す断面図、第３図〜第９図は本発
明の第３〜第９実施例の要部を拡大して示す断面図、第
１０図は従来の電子源装置を示す回路図である。２８・・・ガラス面板、３２・・・試料空、３４・・・ゲートバルブ、３６．４６．５６．５８．３８・・・検出器、４０・・・試料、４１・・・試料支持部、４２・・・第２の隔壁、４４・・・微小孔。６０・・・電子レンズ、１０・・・光電面利用電子源装置、１１・・・ＩＣテスター１２．１２Ａ・・・光電面、１４・・・光電面格納至、１６・・・光電子ビーム、１８・・・隔壁、２０・・・小孔、２２．２４・・・排気口、２６・・・パルス光源、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）パルス光源とアルカリ金属を成分とした光電面と
を組合わせてなり、パルス光源からのパルス光に応じて
光電面から光電子を放出するようにした光電面利用電子
源装置において、光電子ビームが照射される被照射物体
を収納する光電子受容室と、前記光電面を、前記光電子
受容室及び周囲から隔離して囲む光電面格納室と、この
光電面格納室と前記光電子受容室との間の隔壁に形成さ
れ、光電面から放出された光電子ビームが光電子受容室
に到達するに必要な最小の小孔と、前記光電子受容室を
排気する排気口と、この排気口から独立して前記光電面
格納室を、前記光電子受容室よりも高真空に排気する第
２の排気口と、を設けたことを特徴とする光電面利用電
子源装置。
（２）請求項１において、前記隔壁の小孔は、電子銃に
おける電極の電子ビーム制限アパーチャを兼用し、前記
光電子受容室内に、前記電子ビーム制限アパーチャの像
を結像することを特徴とする光電面利用電子源装置。
（３）請求項１において、前記隔壁の小孔は、電子銃に
おける電極の電子ビーム制限アパーチャを兼用し、前記
光電子受容室内に、前記電子ビーム制限アパーチャと前
記光電面間にできるクロスオーバー点を結像することを
特徴とする光電面利用電子源装置。
（４）請求項３において、前記小孔よりも小径であつて
、光電子ビームの通過を許容する微小孔を、前記クロス
オーバー点に備えた第２の隔壁により、前記光電面格納
室と光電子受容室とを隔離したことを特徴とする光電面
利用電子源装置。
（５）請求項１乃至４のうちのいずれかにおいて、前記
パルス光源は、半導体レーザであることを特徴とする光
電面利用電子源装置。
（６）請求項１乃至５のうちのいずれかにおいて、前記
光電面格納室と光電子受容室間に、両室を連通、遮断自
在とするゲートバルブを設けたことを特徴とする光電面
利用電子源装置。
（７）請求項１乃至６のうちのいずれかにおいて、前記
光電子受容室に、前記小孔を通過した光電子ビームの縮
小投射電子光学系と、電子ビーム走査光学系と、試料支
持部と、この試料支持部上の試料を光電子ビームで照射
したとき発生する信号の検出部と、を設けたことを特徴
とする光電面利用電子源装置。