JPS6057181B2 - 電界放射型電子銃 - Google Patents
電界放射型電子銃Info
- Publication number
- JPS6057181B2 JPS6057181B2 JP12347177A JP12347177A JPS6057181B2 JP S6057181 B2 JPS6057181 B2 JP S6057181B2 JP 12347177 A JP12347177 A JP 12347177A JP 12347177 A JP12347177 A JP 12347177A JP S6057181 B2 JPS6057181 B2 JP S6057181B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- field emission
- anode
- lens
- electron gun
- needle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電子線描画装置、オージエ電子マイクロアナ
ライザ、その他の電子線装置において使用される電界放
射型の電子銃に関するものてある。
ライザ、その他の電子線装置において使用される電界放
射型の電子銃に関するものてある。
電界放射型電子銃は収差の少ない静電型加速レンズであ
るＢｕｔｅｅｒ裡１２枚レンズと組み合せられてＣｒｅ
ｗらによりはじめて高分解能の走査形電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）に適用され、２０〜３０への分解能が得られている
。
るＢｕｔｅｅｒ裡１２枚レンズと組み合せられてＣｒｅ
ｗらによりはじめて高分解能の走査形電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）に適用され、２０〜３０への分解能が得られている
。
第１図はそのような従来の電子光学的結像方式の原理図
である。例えば、“゛６ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ
ｌＣｏｎｇｒｅｓｓｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｙ’’（Ｊ、Ｗ、Ｂｕｔｌｅｒ９１９６６、ｐ
１９１）に開示されている。電界放射針１から放射され
た電子は加速レンズ２、３のレンズ作用により集束され
るため、仮想電子線源像７が形成される。加速レンズに
続けて光軸上に置かれた磁界形レンズ４はこの像７を光
源としてその縮小された像を試料６上に結ぶように光学
系が組まれている。仮想光源７の大きさは１００八前後
である。ところで、かかる従来の電界放射型電子銃をオ
ージエ電子マイクロアナライザ、電子線描画装置などの
電子線装置に適用する際には次のような問題点がある。
である。例えば、“゛６ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ
ｌＣｏｎｇｒｅｓｓｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｙ’’（Ｊ、Ｗ、Ｂｕｔｌｅｒ９１９６６、ｐ
１９１）に開示されている。電界放射針１から放射され
た電子は加速レンズ２、３のレンズ作用により集束され
るため、仮想電子線源像７が形成される。加速レンズに
続けて光軸上に置かれた磁界形レンズ４はこの像７を光
源としてその縮小された像を試料６上に結ぶように光学
系が組まれている。仮想光源７の大きさは１００八前後
である。ところで、かかる従来の電界放射型電子銃をオ
ージエ電子マイクロアナライザ、電子線描画装置などの
電子線装置に適用する際には次のような問題点がある。
すなわち、これらの電子線装置ではＳＥＭのような観察
装置と異り電子ビーム電流量を１０−゜Ａないし１０−
″Ａ必要とする。しかも電子ビームの加速電圧は必要に
応じて数ＫＶの低い加速電圧領域で使用しなければなら
ない。したがつて、本発明の目的は大電流かつ低い加速
電圧領域において最小の電子ビーム径を実現することの
できる電子線装置用の電界放射型電子銃Ｊを提供するこ
とにある。
装置と異り電子ビーム電流量を１０−゜Ａないし１０−
″Ａ必要とする。しかも電子ビームの加速電圧は必要に
応じて数ＫＶの低い加速電圧領域で使用しなければなら
ない。したがつて、本発明の目的は大電流かつ低い加速
電圧領域において最小の電子ビーム径を実現することの
できる電子線装置用の電界放射型電子銃Ｊを提供するこ
とにある。
上記の目的を達成するために、本発明においては、電界
放射型電子銃の陽極を磁界型電子レンズの磁極孔内に設
けてなることを特徴としている。
放射型電子銃の陽極を磁界型電子レンズの磁極孔内に設
けてなることを特徴としている。
このように構成することにより、ビーム径を大きクくす
ることなく、大電流かつ加速電圧を広範囲にわたつて可
変とすることのできる電界放射型電子銃を実現すること
ができる。以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明
する。
ることなく、大電流かつ加速電圧を広範囲にわたつて可
変とすることのできる電界放射型電子銃を実現すること
ができる。以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明
する。
第２図は本発明の実施例を示したものである。電界放出
針１と第１陽極２、第２陽極３は超高真空容器５に収納
されており、容器５は排気用配管１０により排気されて
いる。電界放出針１は絶縁碍子８により容器５から電気
的に絶縁され真空外より電圧を印加し得る。第１陽極２
は第２陽極３と絶縁碍子９によつて電気的に絶縁されて
いる。第１陽極２と第２陽極３は同軸状に精度よく組立
てられてＢｕｔｅｅｒ型静電レンズを形成している。超
高真空容器５は非磁性材料で構成されている。第２陽極
の外側に真空容器５の壁を介して同軸状に磁界型電子レ
ンズ４を設けてある。そして、磁界型レンズ４の上下両
磁極１１，１２の中間、すなわち、磁極孔１３内に第２
陽極３が位置するように設定されている。すなわち磁界
型電子レンズ４により発生した磁場は容器５の壁を通し
てバトラ（Ｂｕｔｅｅｒ）型レンズの静電場の一部と重
ね合せられる。磁場と電場のレンズ作用は相互に全く独
立に考えられるので両者が空間的に重なり合つて分布し
た場合でも独立のレンズの重ね合せとして取り扱うこと
が出来る。第３図は第２図の実施例における結像方式を
示すものである。
針１と第１陽極２、第２陽極３は超高真空容器５に収納
されており、容器５は排気用配管１０により排気されて
いる。電界放出針１は絶縁碍子８により容器５から電気
的に絶縁され真空外より電圧を印加し得る。第１陽極２
は第２陽極３と絶縁碍子９によつて電気的に絶縁されて
いる。第１陽極２と第２陽極３は同軸状に精度よく組立
てられてＢｕｔｅｅｒ型静電レンズを形成している。超
高真空容器５は非磁性材料で構成されている。第２陽極
の外側に真空容器５の壁を介して同軸状に磁界型電子レ
ンズ４を設けてある。そして、磁界型レンズ４の上下両
磁極１１，１２の中間、すなわち、磁極孔１３内に第２
陽極３が位置するように設定されている。すなわち磁界
型電子レンズ４により発生した磁場は容器５の壁を通し
てバトラ（Ｂｕｔｅｅｒ）型レンズの静電場の一部と重
ね合せられる。磁場と電場のレンズ作用は相互に全く独
立に考えられるので両者が空間的に重なり合つて分布し
た場合でも独立のレンズの重ね合せとして取り扱うこと
が出来る。第３図は第２図の実施例における結像方式を
示すものである。
点０に置かれた電界放出針１を物点としてバトラ型静電
レンズ！により点Ｐに虚光源が形成される。（Ｂｕｔｌ
ｅｒ型静電レンズの特性から１〜１０ＫＶの加速電圧て
は概して虚像を形成する。）この虚光源Ｐを磁界型レン
ズＬ１により試料上のＱ点に結像する。プローブ電流量
ｈは．次式で与えられる。α１ ；電界放出針側の電子
ビームの半開口角ち；総放射電流すなわち電流ｈを増加
するには限られた放射．電流ちのもとてはα１を大きく
とる必要が生じる。
レンズ！により点Ｐに虚光源が形成される。（Ｂｕｔｌ
ｅｒ型静電レンズの特性から１〜１０ＫＶの加速電圧て
は概して虚像を形成する。）この虚光源Ｐを磁界型レン
ズＬ１により試料上のＱ点に結像する。プローブ電流量
ｈは．次式で与えられる。α１ ；電界放出針側の電子
ビームの半開口角ち；総放射電流すなわち電流ｈを増加
するには限られた放射．電流ちのもとてはα１を大きく
とる必要が生じる。
バトラ型加速レンズによる仮想光源Ｐにおける半開口角
α。はα１とつぎの関係を有する。ただしｍ；加速レン
ズの倍率 加速レンズの特性としてＰ大の場合レンズの収束作用が
大きく倍率ｍは大となる性質がありＰ＝１のとき である。
α。はα１とつぎの関係を有する。ただしｍ；加速レン
ズの倍率 加速レンズの特性としてＰ大の場合レンズの収束作用が
大きく倍率ｍは大となる性質がありＰ＝１のとき である。
したがつてＰ〉１のときは電流を多く取るためα１を大
きく取つても仮想光源Ｐにおける半開口角α。は大きな
値とならない。しかしＰ＝１すなわち電子照射系の加速
電圧を引き出し電圧て使用する場合にはα。は大きな値
となる。オージエ電子マイクロアナライザあるいは電子
線描画装置においては低エネルギの電子ビームを細く絞
り込む必要があるがそのようなときこの点が問題となる
。なぜならばレンズ系による最終的なスポット径は対物
レンズＬ１の球面収差、色収差によるボケ等によつて決
まり、球面収差によるポケ量ＤＯはそれぞれで与えられ
る。
きく取つても仮想光源Ｐにおける半開口角α。は大きな
値とならない。しかしＰ＝１すなわち電子照射系の加速
電圧を引き出し電圧て使用する場合にはα。は大きな値
となる。オージエ電子マイクロアナライザあるいは電子
線描画装置においては低エネルギの電子ビームを細く絞
り込む必要があるがそのようなときこの点が問題となる
。なぜならばレンズ系による最終的なスポット径は対物
レンズＬ１の球面収差、色収差によるボケ等によつて決
まり、球面収差によるポケ量ＤＯはそれぞれで与えられ
る。
αｏの増大の効果はとくに球面収差において重大てある
。この効果を防ぐには対物レンズＬ１の球面収差係数Ｃ
５あるいは色収差係数Ｃｃの小さいレンズを採用するこ
と、あるいは小さくなる条件で使用する必要がある。磁
界型レンズのＣｓ，Ｃｃは次式で近似的に与えられる。
Ｓ；磁極の間隙Ｄ；磁極の孔径 ｆ；焦点距離 また ａ；仮想光源とレ間距離 ｂ；レの像画との距離 の関係があるのでこれら対物レンズは極力光源の近くに
接近させて使用する必要がある。
。この効果を防ぐには対物レンズＬ１の球面収差係数Ｃ
５あるいは色収差係数Ｃｃの小さいレンズを採用するこ
と、あるいは小さくなる条件で使用する必要がある。磁
界型レンズのＣｓ，Ｃｃは次式で近似的に与えられる。
Ｓ；磁極の間隙Ｄ；磁極の孔径 ｆ；焦点距離 また ａ；仮想光源とレ間距離 ｂ；レの像画との距離 の関係があるのでこれら対物レンズは極力光源の近くに
接近させて使用する必要がある。
第２図の構造によるとバトラ型加速レンズを磁極外に置
く場合に比較し、焦点距離は３倍以上小さく出来るため
同じ形状のレンズに関して比較した場合１／３咽度球面
収差によるポケ量が小さく出来る。以上説明したごとく
本発明によれは従来の走査電顕より４桁以上も大きなプ
ローブを要し、かつ電界放射電子銃の引き出し電圧近傍
で自由に加速電圧を調整しつつ数１０００Ａないし数１
００Ａのプローブ径の電子ビームが得られる電子銃を実
現することが出来る。また本発明による電子銃はもう一
段収束用磁界レンズと結合すれは全く従来と同じ性能ま
たはそれ以上の高分解能電界放射型電顕の電子光学系を
得ることも可能である。なお第２図では加速レンズとし
てバトラ型レンズを用いているが加速レンズを低加速電
圧、すなわち収束作用の弱い領域で用いる場合は電極の
形状はバトラ型に限る必要はない。
く場合に比較し、焦点距離は３倍以上小さく出来るため
同じ形状のレンズに関して比較した場合１／３咽度球面
収差によるポケ量が小さく出来る。以上説明したごとく
本発明によれは従来の走査電顕より４桁以上も大きなプ
ローブを要し、かつ電界放射電子銃の引き出し電圧近傍
で自由に加速電圧を調整しつつ数１０００Ａないし数１
００Ａのプローブ径の電子ビームが得られる電子銃を実
現することが出来る。また本発明による電子銃はもう一
段収束用磁界レンズと結合すれは全く従来と同じ性能ま
たはそれ以上の高分解能電界放射型電顕の電子光学系を
得ることも可能である。なお第２図では加速レンズとし
てバトラ型レンズを用いているが加速レンズを低加速電
圧、すなわち収束作用の弱い領域で用いる場合は電極の
形状はバトラ型に限る必要はない。
第１図は従来の電子光学系の説明図、第２図は本発明の
実施例図、第３図は上記実施例の原理説明図である。 １・・・・・・電界放出針、２・・・・・・第１陽極、
３・・・・・・第２陽極、４・・・・・・磁界型レンズ
、５・・・・・・超高真空容器、６・・・・・・試料、
７・・・・・・加速レンズで形成された仮想光源、８・
・・・・・絶縁ガイシ、９・・・・・・絶縁ガイシ、１
０・・・・・・排気口、１１，１２・・・・・・磁極、
１３ｈ・・・・・磁極孔。
実施例図、第３図は上記実施例の原理説明図である。 １・・・・・・電界放出針、２・・・・・・第１陽極、
３・・・・・・第２陽極、４・・・・・・磁界型レンズ
、５・・・・・・超高真空容器、６・・・・・・試料、
７・・・・・・加速レンズで形成された仮想光源、８・
・・・・・絶縁ガイシ、９・・・・・・絶縁ガイシ、１
０・・・・・・排気口、１１，１２・・・・・・磁極、
１３ｈ・・・・・磁極孔。
Claims (1)
- １ 電界放出針と、前記電界放出針の先端近傍に設けら
れ前記電界放出針から電子を引出しうる電界を与えるた
めの第１の陽極と、前記第１の陽極の後段側に設けられ
前記電界放出針から引出された電子を加速するため第２
の陽極と、前記電界放出針、前記第１の陽極および前記
第２の陽極を高真空に保持するための真空容器と、前記
電界放出針からの電子ビームの光軸の途中に前記第２の
陽極と同軸状に設けられ前記電子ビームを絞るための磁
界型電子レンズとを有する電界放射型電子銃において、
前記第２の陽極を前記磁界型電子レンズの両磁極の中間
に設置することを特徴とする電界放射型電子銃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12347177A JPS6057181B2 (ja) | 1977-10-17 | 1977-10-17 | 電界放射型電子銃 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12347177A JPS6057181B2 (ja) | 1977-10-17 | 1977-10-17 | 電界放射型電子銃 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5457860A JPS5457860A (en) | 1979-05-10 |
| JPS6057181B2 true JPS6057181B2 (ja) | 1985-12-13 |
Family
ID=14861439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12347177A Expired JPS6057181B2 (ja) | 1977-10-17 | 1977-10-17 | 電界放射型電子銃 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6057181B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6240878U (ja) * | 1985-08-29 | 1987-03-11 | ||
| JPH0214212Y2 (ja) * | 1985-08-16 | 1990-04-18 |
-
1977
- 1977-10-17 JP JP12347177A patent/JPS6057181B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0214212Y2 (ja) * | 1985-08-16 | 1990-04-18 | ||
| JPS6240878U (ja) * | 1985-08-29 | 1987-03-11 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5457860A (en) | 1979-05-10 |
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