JPS62140333A - 電界放射陰極 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は電界放射陰極に係り、特に低速の電子ビームを
得るのに好適な、低い電圧で電界放射する陰極に関する
。

〔発明の背景〕

従来、電界放射陰極として用いる針状陰極の先端部実計
の作製は、一般に何らかの研磨手段によつている。実用
装置で多く用いられているタングステン単結晶実計の場
合、Ｎ　ａ　ＯＨ水溶液で電解研磨して作る。実計の先
端部を半球形と仮定したとき、電界放射電圧ｖ１は、こ
の半球形の曲率半径に依存している。

一方、走査形電子顕微鏡などに電界放射陰極を適用して
電子線源を高輝度化することによって、電子ビームを微
細化し二次電子像などの高分解能化を果している。そし
て、対象とする試料も半導体からなる材料および素子へ
の用途が広がり、観察手段としてのみならず、検査、さ
らには製造手段として電子ビームが用いられるようにな
っている。ところが、半導体試料に高エネルギーの電子
ビームを照射するとき、半導体試料に損傷が生ずること
が知られており、特にそれらの損傷をアニール等の手段
で取り除けないような段階での電子ビーム照射は、損傷
の現れにくい低エネルギーの電子ビームで行う必要があ
る。

電界放射陰極を用いた電子ビーム装置では、電界放射に
必要な電圧が一次ビームとしての最低工ネルギーとなり
、それ以下のエネルギーの電子ビームを得るには、何ら
かの静電レンズによる電子ビームの減速法によって得て
いた。しかし、電子光学系の複雑さ、収差が増加するこ
と、あるいは照射に必要なエネルギーよりも高いエネル
ギーを供給する電源を用いる等の欠点があった。

なお、この種の装置として関連するものには例えば特開
昭５０−１．０：ｌ０６９号公報等が挙げられる。

［発明の「１的〕 本発明の目的１′、１、−１−記した電界放射電圧を低
下させ、電子ビームを減速することなく低エネルギーの
電子ビームを得るのに好適な電界放射陰極を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

電界放射電流の電流密度、■は、よく知られているよう
に、フオウラー・ノードハイム（Ｆｏ％ｉ１．ｅｒ　−
Ｎｏｒｄｈｅｊ、ｍ）の式として以下で表される。

ここで、Ｆは電界強度、φは陰極の仕事関数を（：ｌ） 示す。仕事関数φは、陰極の物質が定まれば一定値をも
つので、電流密度は電界強度Ｆによって定まることにな
る。第１図に示すように電界放射陰極１の先端の半球形
の曲率半径をｒ、］と陽極２間の距離をＲとするとき、
電界放射陰極１の先端にかかる電界強度Ｆは次式で表さ
れる。

すなわち、実用装置で用いている大きさｒｍ１０００人
、Ｒ〜１函程度ではＦはほとんどｒに依存している。し
たがって、ｒの値さえ小さくすれば、一定の電流密度（
すなわち、一定の電界強度）を得るのに必要な電界放射
電圧ｖ１を小さくできる。

しかし、ｒの値を小さく電界研磨できたとしても、タン
グステン単結晶からなる電界放射陰極のように、陰極表
面の清浄化のために行うフラッシング２ｋＶ近傍の値を
必要とするようになる。

（２）式で残る因子は陰極−陽極間の距離Ｒである。上
記の程度のｒに対して、Ｒ＝１−からＲ＝０．１■、Ｏ
，Ｏｌ、ｒｍにした時Ｖｔの値は、それぞれ〜０．８Ｖ
１．〜０．５Ｖｔとなり、計算上はＲを小さくすること
によって一定のｒに対して１／２８度の電界放射電圧ま
で下げることが可能である。しかし、従来装置では、第
２図にその一例を示すように、静電レンズを形成する第
１陽極３および第２陽極４は、電子ビーム装置鏡体側に
予め配置され、電界放射陰極１を含む電子銃は上方から
挿入してフランジ面で固定する。他に軸調整用の微動機
構を設置Ｊ電子ビーム光学軸に電界放射陰極１を設定で
きるようになっている。したがって鏡体の電子光学１１
＋１１方向をＺ軸とするとき、ｘｙ面内の調整はｆｆｌ
　、ｔｌｔであるが、２＠方向で電界放射陰極１と第１
−陽極３を０．０１　（７）のオーダーで設定すること
は非常に困難なことであった。

そこで、電界放射陰極としての針状陰極を作製する段階
から引き出し川の陽極と一体化して前記Ｒを微小寸法で
実現できるようにしたのが本発明である。尚、前記のよ
うに陰極物質の仕事関数φが小さければ同じ曲率半径で
あってもＶ、ｃは当然小さくなるが、本発明では、タン
グステンのように仕事関数の大きい（〜４５ＱＶ）物質
を用いてもＶｚ低くできるもので、φの小さい物質を用
いるとさらにｖｌを小さくできる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第４図、第４図および第５図
により説明する。

第３図は、本発明の一実施例になる電極の構造および作
製法を示す縦断面図である。絶縁碍子８に固定されたフ
ィラメント支持用のステム７に直ｆ％０．１５＋ｆｆｏ
のタングステンフィラメント５をスポラ１〜溶接し、５
の中央位置に所望のタングステン単結晶線６をスポット
溶接で接合したものを、陽極円筒１０に挿入し、押さえ
リング１１で固定する。この時、陽極円筒１０の先端部
小孔に取り付けられている厚さ５０〜１．　ＯＯＩｔ　
ｍで中心に直径０．３〜０．５ＷＩの小孔を持つ白金円
板９および固定リング１：）は、はずしておき、陽極円
筒１０の側面にとりつけらＪ＋た軸調整用ネジ］２によ
っておおよそ中心に合せる。その後、白金円板０を陽極
円筒１０に固定リング１３によって固定する。

さらに白金円板の小孔の中心にタングステン！１１、結
晶線がくるように軸調整用ネジ１．２によって合せる。

この陰極と陽極とを一体化したものを水酸化す１ヘリウ
１１水溶液中に浸し白金円板９が液面よりやや沈む程度
に設定する。この後電源１−４によってステム７側に正
（＋）、陽極円筒１０側に負（−）の電位をかけるよう
にして電流を通じ電流計１５を測定しながら通常の電解
研磨を行う。電界研磨が終了したとき、白金円板１およ
び電界放射陰極１は第４図に示すようになる。白金円板
９を用いるのは、この電界研磨の際電解によって生ずる
酸素ガス等の剛着による酸化を防ぐためと。

以下第５１ツ口こ示すＬｆ；用例で電界放射を行い電子
ビームを引き出したとき陽極としての白金円板９からの
ガス放出を小さくできるためである。尚、白金以外に金
であっても上記効果は同等であり、他の物質を用いてメ
ッキ、蒸着等によって表面を白金あるいは金としても良
い。また円板９は陽極円筒〕Ｏと一体であっても良い。

尚、１７は真空鏡体への装着時の排気のための孔である
。

第５図は、第３図の実施例を電子光学系として構成した
場合の応用例を示す。尚第３図および第４図に関する部
分は簡単化して示す。同図（イ）は、第１陽極３および
第２陽極４で構成される静電レンズに、電界放射陰極１
および陽極円筒１０等で構成される第３図、第４図実施
例を組み合せた場合で、電源１８は］および１０間の電
界放射電圧を与える。電源２０は、電磁レンズ２３等で
構成される下部電子光学系で必要な電子のエネルギーを
定める。電源１９は、基本的には１８と同一であっても
良いが、１８および２０の電圧値により相対的に光学系
の機能に依存して定める。同図（ロ）は、陽極円筒］０
を第１．陽極として用い、第２陽極２２と組み合せて静
電レンズを構成するように用いる場合では他は（イ）と
同様である。

同図（ハ）は電源１８によって定められる電界放射電圧
をそのまま電子ビームの加速エネルギーとする場合で、
１８が５００Ｖとするならば、５００■の低速電子線を
何らの減速なしに得ることかできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、（１）先端の鋭い電界放射陰極を容易
に作製することができ、（２）タングステンのように仕
事関数の高い物質からなる電界放射陰極であっても、］
、ｋＶ以下の低い電界放射電圧で電子を引き出すことが
できるため、（３）電子光学系の構成上、何らかの減速
なしに低速の電子ビームを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電界放射の状態を説明する略図、第叉 第４図は第３図実施例を適用後の状態を示す部分断面図
を示す。 １・・・電界放射陰極、５・・・フィラメント、６・・
・単結品金属線、７・・・ステム、８・・・絶縁碍子、
９・・・白金円板、１０・・・陽極円筒、１２・・・軸
調整用ネジ、１４・・・電源、１５・・・電流計、］６
・・・Ｎ　ａ　ＯＨ水溶液。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、先端を針状となす単結晶金属線とこれに接合されて
   支持する金属線フィラメントと該フィラメントを固定す
   る絶縁碍子に保持されたステムからなる陰極基体と、該
   単結晶金属線が接触しないで貫通する小孔をもち、少く
   とも該小孔を形成する領域の少なくともその表面が白金
   または、金で形成される陽極円筒とを機械的に一体化し
   て該単結晶金属線を電界研磨して作製することを特徴と
   する電界放射陰極。