WO2005124815A1 - 電子線源および電子線応用装置 - Google Patents

電子線源および電子線応用装置 Download PDF

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WO2005124815A1
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electron source
electron
magnetic pole
source device
permanent magnet
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PCT/JP2005/010971
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takashi Ohshima
Tadashi Fujieda
Kishio Hidaka
Mitsuo Hayashibara
Hideo Todokoro
Original Assignee
Hitachi High-Technologies Corporation
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/06—Electron sources; Electron guns
    • H01J37/065—Construction of guns or parts thereof

Definitions

  • Electron beam source and electron beam application equipment are Electron beam source and electron beam application equipment
  • the present invention relates to an electron beam application device such as an electron microscope and an electron beam source device thereof.
  • a high-brightness electron source is required.
  • W-FE needle-shaped W metal field emission with a sharp tip
  • CNT carbon nanotubes
  • An electron source using carbon nanotubes has been reported as a further increase in brightness.
  • An electron source is obtained by bonding CNT to the tip of a needle-shaped metal, and heating the filament supporting the needle-shaped metal by heating the surface of the electron source, so-called flushing, and using it as an electron source.
  • the smaller diameter of the virtual light source of the electrons as compared with W-FE is the cause of higher brightness.
  • a butler lens is a type of electrostatic lens having a structure in which two circular electrode plates are arranged in parallel.The outer sides of the two circular plates are flat, and the facing inner side is the center from the outer circumference. Say something that is gently thinner. The two disks have openings through which electron beams pass.
  • a lens that is slightly deformed to facilitate processing is also called a butler lens or a butler-type lens. Often used for electron guns.
  • FIG. 2B shows a schematic diagram of the electron gun shown in Kawasaki.
  • the extraction electrode of the electron beam emitted from the electron source 20 is also used as the upper magnetic pole 24, and the lower magnetic pole 25 is used as the upper magnetic pole.
  • the magnetic poles have the same potential.
  • Non-Special Publication 1 High brightness electron beam from a multi-wallea carbon nanotube ZNature Vol. 420 (November 2002) pp. 393-395
  • Non-Patent Document 2 T. Kawasaki, et al, Microbeam Analysis, Volume 3 (1994) 287-291
  • an object of the present invention is to provide an electron gun with small aberration that can be used without deteriorating its performance even when combined with an electron source with a small virtual light source diameter.
  • a magnetic field superimposed electron source in which an electron source is immersed in a magnetic field, a means for applying an electric field for extracting an electron beam, and a means for applying a magnetic flux to the electron source
  • a source of the magnetic field it is preferable to use a permanent magnet disposed in the same vacuum vessel as the electron source.
  • a coil can be used as the magnetic flux generator, but using a permanent magnet has the advantage of requiring an extremely small volume to generate a magnetic flux of about 0.8 to 1.1T, which is practical for an electronic lens.
  • the electron source and the source of the magnetic field are connected directly or via a magnetic pole made of a soft magnetic material.
  • the shape of the permanent magnet is arranged substantially axially symmetric with respect to the electron emission direction viewed from the tip of the electron source as a central axis. As a result, the magnetic polarization force S becomes axially symmetric such as in the central axis direction or radial direction, and an axially symmetric magnetic field ideal as a low-aberration electron lens can be obtained.
  • the potential applied to the permanent magnet or the magnetic pole is the same as the electron source or the same as the extraction electrode. This makes it possible to form a magnetic pole and a magnet for generating a magnetic field and an electrode for generating an electric field for extracting electrons in the same small space, so that a strong magnetic field can be obtained in a narrow area.
  • the electron source combined with the electron gun of the present invention is preferably a light source having a virtual light source diameter as small as possible.
  • a field-emission electron source having a physical diameter of 100 nm or less at the tip of the electron source the feature of the present invention that the aberration is small can be fully utilized, and higher than before.
  • a high-performance electron gun can be realized.
  • an electron source having a small light source diameter such as a carbon nanotube or W-FE
  • a high-performance electron gun can be formed.
  • a high-performance electron beam application device such as a higher-resolution electron microscope can be obtained.
  • FIG. 1A schematically shows one embodiment of the present invention.
  • a magnetic circuit consisting of a lower magnetic pole 2 and an upper magnetic pole 1 and a donut-shaped permanent magnet 3 is formed between the magnetic poles, and is basically an axially symmetric structure, and an electron source 4 is installed on the central axis below the upper magnetic pole 1. Is done.
  • the upper magnetic pole 1 and the lower magnetic pole 2 also have a permendur alloy force.
  • a lower magnetic pole 2 is provided as a counter electrode for extracting an electron beam, which is electrically insulated from the upper magnetic pole 1 via an insulator 5, and a potential difference of the extraction voltage V is applied to both. . Due to this structure, the extracted electric field and magnetic field are extremely compactly arranged near the electron source 4.
  • the electron source 4 is composed of a W needle 6 and a carbon nanotube 7, as shown in FIG. 1B. As shown in FIG. 1C, the joint between the two is fixed to a vertical guide wall 8 provided at the tip of the W needle by a metal film 9 such as W.
  • the tip portion 7 of the electron source 4 may have a needle shape, a rod shape, a conical shape, or a metal needle provided with a surface coating layer.
  • carbon nanotubes can be formed by CVD, discharge, or the like.
  • a gas containing W atoms is irradiated in a SEM (scanning electron microscope) while irradiating a desired region with an electron beam or an ion beam. Then, a method of depositing a W metal film as a decomposition product is used. If the melting point of the metal film is 400 ° C. or higher, the same effect can be obtained by using other materials such as Al, Mo, and Au.
  • the permanent magnet is an alloy mainly composed of Sm and Co, and is magnetized so that the upper part and the lower part are polarized to the N pole or the S pole.
  • the strength of magiriya is almost material saturation When used at magnetic density, it is stable for a long time, in this case about 1T.
  • the insulator 5 is selected from a hard material having a high melting point such as alumina.
  • the distance HI 2 between the upper magnetic pole and the lower magnetic pole on the central axis, the distance H24 between the tip of the electron source and the lower magnetic pole, and the opening diameter De of the lower magnetic pole are: It is generally desirable that the following relationship be satisfied.
  • the lower magnetic pole also serves as the extraction electrode.
  • the opening diameter is De.
  • Mo, Ti, austenitic stainless steel or the like is used as the non-magnetic material.
  • the brightness of the electron beam obtained from the electron gun having the configuration shown in Figs. 1A-1C is about 10 times higher than that of the conventional electron gun structure at the same emission current. This is because this structure has a short focal length very close to the electron source! (4) As a result of the formation of the electron lens, the aberration of the electron gun can be suppressed to 3 nm or less. Therefore, by using this electron source device for an electron gun, high resolution and high-speed inspection of microscopes such as TEM and SEM can be achieved.
  • the energy width of the electron beam changes depending on the electric field at the tip of the electron source. The stronger the electric field, the wider the energy.
  • the energy width increases as the emission current amount Ie increases, as shown in Fig. 4.
  • the energy width increases as the luminance increases, but when the present invention is applied,
  • the energy width was from 0.8 to leV, but in the present invention, it can be monochromatic from 0.2 to 0.3 eV and from 1Z4 to 1Z3. This is because the chromatic aberration of the electron optical system can be reduced from 1Z4 to 1Z3, so Can contribute to higher resolution.
  • the energy resolution can be improved by applying it to a primary beam of electron energy loss spectroscopy, for example.
  • the electron source is placed in a magnetic field, thereby shortening the focus and reducing the aberration of the electron optical system.
  • the focal length of the electron gun is to be reduced, when there is a concern that the magnetic coupling in the insulator 5 may be lost, the electric resistance such as ferrite based on magnesium oxide is high.
  • a magnetic material may be used. In that case, there is an advantage that the electron source is placed in a magnetic field stronger and the focal length of the electron gun is reduced.
  • Sm—Co-based magnets have a very high magnetic flux density of about 0.8 to 1.1T and a high coercive force, and have a Curie point of 700 ° C or higher, which is higher than the vacuum beta temperature. Can be used.
  • the both ends of the donut are polarized, and a magnetic flux is induced on the central axis by using the upper magnetic pole 1 and the lower magnetic pole 2 to generate a large magnetic field near the electron source 4. This forms a lens with a very short focal length in the electron gun. Since the magnetic field strength can be from about 0.1T to about 3T, the size of the magnet and the shape of each magnetic pole can be selected in advance for each required magnetic field!
  • Alnico magnets have a small change in magnetic flux density due to a temperature change! /, And are therefore suitable for use in an environment where the temperature fluctuates greatly.
  • the use of neodymium iron pol- om magnets, that is, Nd2Fel4B is not only inexpensive, but also produces a magnetic field that is about 30% stronger than the Sm-Co system. As a result, an electron gun having a shorter focal length can be obtained.
  • the same effect can be obtained as long as the material has a magnetic flux density, coercive force, and heat resistance suitable for the intended use and emits little gas in a vacuum.
  • the accuracy of the magnetism of the permanent magnet is about 10%, and the magnetic flux density changes with temperature. Therefore, when controlling a more accurate magnetic field, an adjusting coil is provided. It may be outside or inside the magnetic pole 2. Further, this coil may be used also as a heater. In this case, when used as one heater, the magnetic pole 2 is heated to 400 ° C at a force of 200 ° C with a current of about several A to 10A. This can be used as a means for fine-tuning the magnetic flux density depending on the temperature, not only for baking at the time of starting a vacuum. In this case, the heating wire should be coated with high heat resistance, such as ceramics.
  • the insulator 5 is inserted to insulate the lower magnetic pole 2 from the magnet 3 and the upper magnetic pole 1, but the vicinity of the center where the upper magnetic pole is connected to the electron source 4 and the middle of the lower magnetic pole 2 are located.
  • a similar effect can be obtained if the structure is such that an extraction voltage can be applied to both sides near the hole.
  • the magnet 3 may be divided, and the insulator 5 may be inserted therebetween.
  • the rod-shaped permanent magnet 3 is placed on the central axis, and the rod-shaped permanent magnet 3 is magnetized in the longitudinal direction with a thin rod-shaped magnet. Brightening is achieved.
  • the lower magnetic pole is fixed to the insulator 95 with the bolt 96, and the base magnetic pole 91 and the insulator 5 are fixed between the two.
  • the permanent magnet 3 is fixed together with the upper magnetic pole 1 in the magnet holder 92 with the magnet holder 94.
  • This magnet retainer has a thread formed on the outer periphery, and engages with the female thread of the base pole 91.
  • the magnet holder 92 is fixed to the base magnetic pole 91 by a countersunk screw 97.
  • a hole is drilled as shown in FIG. 9B to increase the conductance of evacuation, or as shown in FIG. 9A, a non-evaporable getter 93 is placed and rolled out.
  • the coil 90 may be heated and activated to act as a vacuum pump. In this case, there is an advantage that a favorable state with few gas molecules is maintained around the electron source 4 for a long time.
  • the force using carbon nanotubes as the electron source is smaller than the light source diameter or virtual light source diameter of the electron emission source, which is about 3 nm or less. If the present invention is applied, the small light source diameter is impaired. The same effect can be obtained because the electron beam can be generated without the need.
  • a W needle having a tip diameter of 100 nm or less or a tip with a nanotip formed thereon has the same effect because the light source diameter is small.
  • a nanotip is a few atoms at the tip of the needle by applying a positive voltage while heating the W-FE needle and setting it to electric field evaporation conditions. Are formed.
  • a high melting point metal such as Pt or Mo may be used.
  • the tip of the electron source can be sharpened to 100 nm or less by mechanical or electrochemical etching.
  • the extraction voltage V during operation of the electron source is practically in the range of 100 kV to 4 kV when the electron source is a carbon nanotube, and 2 kV to 5 k when the tip diameter is 100 nm with a W needle. While observing the emission current Ie of the electron source power in the range of V, Ie is determined so as to be a desired value. This Ie is practically selected from the range of ⁇ to 500 A for carbon nanotubes and the range of ⁇ to 30 A for W needles.
  • the upper magnetic pole 1 has the same potential as the electron source 1, and an acceleration voltage Vo is applied. Practically, Vo is selected from the range of ⁇ 30 kV to ⁇ 30 V for SEM (scanning electron microscope) and from 30 kV to 100 kV for TEM (transmission electron microscope).
  • the present invention may be applied to a case where the tip of a conventional W-FE electron source structure is thin.
  • a W filament 21 is passed over two penetrating electrodes 101 fixed through a stem 100 made of an insulator, and an existing electron source in which a W—FE electron source 20 is fixed to this filament. It is.
  • the tip diameter is about 100 nm or less.
  • the magnetic circuit has a through hole at the center of the upper magnetic pole 1, through which the electron source 20 is inserted into the area where the magnetic flux from the permanent magnet 3 is concentrated, and the upper magnetic pole 1 and the stem 100 are fixed by the joint 102.
  • the surface of the stem 100 is plated with gold, and is electrically connected to one end of the through electrode 101. Therefore, the upper magnetic pole 1, the permanent magnet 3, and the electron source 20 are electrically connected and have the same potential as the accelerating voltage Vo.
  • the lower magnetic pole 2 is used as an extraction electrode by applying an extraction voltage V to the electron source 20.
  • the structure of Fig. 10 has the advantage that it can be applied with a slight modification of the conventional electron gun structure such as SEM or TEM. In this case, as described above, a nanotip may be formed at the tip of the W needle.
  • a force using permendur as the soft magnetic material of the magnetic pole exerts a similar effect even if another metal material, for example, permalloy or pure iron is used, depending on the required magnetic flux density.
  • a bar-shaped magnet 3 is placed on the center axis as shown in FIGS. 11A and 11B.
  • high brightness can also be achieved by using a magnetic field generated on the end face of a thin rod-shaped magnet magnetized in the longitudinal direction.
  • alnico magnets, iron-chromium-cobalt magnets, etc. are more suitable for directly installing an electron source and maintaining an elongated shape than Sm-Co, which is easily chipped.
  • the thickness is 0.1 mm, it is better to use a length of lmm or more, more preferably about 5 mm to 10 mm. .
  • the diameter of the rod is preferably about 5 mm or less. In this case, the length is about 20 mm or less to obtain an elongated shape.
  • the cylindrical permanent magnet 3 is magnetized so as to be polarized in the radial direction, the same effect can be obtained by concentrating the magnetic force lines by the magnetic poles symmetrically with respect to the axis in the electron emission direction. There is. For example, even in a structure in which S and N are polarized at the center of the disk and the outer ring, if the upper magnetic pole 1 and the lower magnetic pole 2 are provided as in FIG. 11C, the same effect as the structure in FIG. 1 is obtained. In this case, there is an advantage that the magnet can be easily manufactured and can be manufactured at low cost.
  • the magnetic flux of the magnetic circuit is generated by the permanent magnet, and the effect that the magnetic circuit can be manufactured at a low cost is apparent as compared with the conventional example of Fig. 2B.
  • the atmosphere inside the electron gun is used in an ultra-high vacuum region (pressure of 10 -8 Pa or less).
  • this requires the use of a coil whose external coil is covered with a high-temperature heat-resistant material, or the removal of the external coil. Atsushi.
  • the present invention is applied, the Curie point of the permanent magnet for generating a magnetic field is sufficiently higher than the baking temperature! If one is selected, there is no need to take a special coating or removal structure. is there.
  • FIG. 6 schematically shows an example of a case where the present invention is applied to a scanning electron microscope.
  • the plurality of electron sources 4 Since one can be selected and used, there is the advantage that the electron source can be replaced without opening the electron gun and that it can be used for a long time.
  • a method of correcting the axis deviation by the electron optical system for example, there is a method of correcting the angle by the deflector 50 as shown in FIG. 5A.
  • the deflectors 50 are a pair on the paper, and two pairs of force correction directions are provided because there are two axes x-y.
  • the deflection method may be an electrostatic field or a magnetic field.
  • both the angle and the position of the electron beam 5 can be corrected, so that the electron beam that has passed closer to the lens center of the electron gun can be used. Desired in terms of reducing aberrations.
  • the aberration of the electron source is suppressed by a two-stage deflector, extra electrons are blocked by an aperture 61, and the electron beam 10 is converged by an objective lens 66 to irradiate a sample 67.
  • the electron beam 10 scans the surface of the sample 67 on the sample stage 68 by the scanning deflector 69, and the reflected electrons that generate the force are bent laterally by the upper reflected electron detector 29 and the secondary electrons by the ExB filter 64. Each is detected by the secondary electron detector 63, and an SEM image is obtained based on these.
  • a voltage Vb is applied to the booster electrode 65, and a retarding voltage Vr is applied to the sample 67 to increase the speed of electrons in the objective lens.
  • the electron energy applied to the sample is I Vo I-I Vr I and is used in the range of about 10 eV to 5 keV.
  • the electron energy in the objective lens is I Vo I
  • the electron source of the present invention can greatly reduce the aberration of the electron gun as compared with the conventional FE electron gun as shown in FIG. 2B, it can be used without impairing the small source size of the electron source. .
  • the probe diameter on the sample can be 1.5 nm. This As a result, an electron source with a small source size can be used, so that higher-resolution microscopy can be performed.
  • a magnetic field superimposed on the electron source 4 can converge an electron beam with a wider radiation angle, for example, even if the emission current is 0.1 A, it is possible to extract a probe current of ⁇ or more. Image observation at a higher speed.
  • the chromatic aberration is dominant when the sample irradiation energy is about 3 kV or less, the electron beam becomes monochromatic as described above by using the electron source with the same luminance as the conventional one. Chromatic aberration can be reduced from 1Z3 to 1Z4, achieving a dramatic increase in resolution.
  • This SEM is suitable for observing organic matter that is susceptible to electron beam damage. For example, it is useful for observing resists for microfabrication and interlayer insulating materials and measuring lengths in the LSI process, or for observing proteins, living organisms, and cells.
  • FIG. 1A is a diagram illustrating a configuration of the present invention.
  • FIG. 1B is a diagram illustrating the configuration of the present invention.
  • FIG. 1C is a diagram illustrating a configuration of the present invention.
  • FIG. 2A is an explanatory view of a conventional technique.
  • FIG. 2B is an explanatory view of a conventional technique.
  • FIG. 3A is an explanatory view of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is an explanatory view of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram for explaining the present invention.
  • FIG. 5A is an explanatory view of a deflector according to the present invention.
  • FIG. 5B is an explanatory view of a deflector according to the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an overall configuration of a device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a partially modified example of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing another partially modified example of the present invention.
  • FIG. 9A is a view showing another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a view showing another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A is a view showing a partially modified example of the present invention.
  • FIG. 11B is a diagram showing a partially modified example of the present invention.
  • FIG. 11C is a diagram showing a partially modified example of the present invention. Explanation of symbols

Description

明 細 書
電子線源および電子線応用装置
技術分野
[0001] 本発明は電子顕微鏡などの電子線応用装置およびその電子線源装置に係わる。
背景技術
[0002] 高分解能の電子顕微鏡を得るためには電子源として輝度の高いものが必要であり 、このためには先端の尖った針状の W金属の電界放射（以下、 W—FEと略記）がも つばら使われてきた。これをさらに高輝度化したものとしてカーボン 'ナノチューブ (以 下 CNTと略記）による電子源が報告されている。針状の金属先端に CNTを接着し電 子源とし、針状金属を支えるフィラメントに通電加熱して電子源の表面清浄化、いわ ゆるフラッシングを行って、電子源として使用する。この場合、 W— FEに比べて電子 の仮想光源径が小さくなることが高輝度化の原因である。 Niels de Jongeらによる Nature第 420卷（2002年 11月） 393〜395ページの「High brightness electro n beam from a multi— walled carbon nanotubejに己载されている。
[0003] 従来はこのような高性能の電子源を電子顕微鏡などの電子銃に適用する場合は、 図 2Aのような引出電極 22とアノード電極 23がバトラレンズを構成するものが一般的 である。ここで、バトラレンズとは、 2枚の円形の電極板を並行に配置した構造を有す る静電レンズの一種で、 2枚の円板の外側が平板状で、向かい合う内側が外周から 中心にかけてなだらかに薄くなつているものを言う。 2枚の円板には、電子線が通過 するための開口を備えている。加工しやすいように、この形を多少変形させたレンズ もバトラレンズないしバトラ型レンズと呼ばれる。電子銃に良く用いられる。
[0004] また、 T. Kawasakiらによる論文 Microbeam Analysis, 第 3卷（1994年） 28 7〜29 ^— 「Development and Application of a 350 kV Transmi ssion Electron Microscope with a Magnetic Field Superimposed Fi eld Emission Gun」には、より高輝度の電子銃構造が開示されている。図 2Bに、 Kawasakiに示された電子銃の概要図を示す。当文献に記載の電子銃では、電子 源 20から放出される電子線の引出電極を上部磁極 24と兼用し、下部磁極 25を上部 磁極は同電位としている。 Kawasakiに記載の電子銃では、 W—FE電子源 20と磁 界レンズとを組み合わせて用いるため、電子線の取り込み角を大きくとっても収差の 増大を抑えて電子線の大電流化が可能である。
[0005] 非特千文献 1： High brightness electron beam from a multi— wallea ca rbon nanotubeZNature第 420卷（2002年 11月 ) 393〜395頁
非特許文献 2 : T. Kawasaki, et al、 Microbeam Analysis, 第 3卷（1994年 ) 287〜291頁
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 輝度の高 、電子銃を実現するためには、電子の仮想光源径が小さな電子源を用 いる必要がある。また、仮想光源径が小さな電子源の性能をフルに発揮させるために は、電子源の仮想光源径が小さくなつた分だけ、電子銃自身の収差も小さくする必 要がある。し力しながら、従来の電子銃では電子銃自身の収差が大きぐ電子源から 放出される電子の仮想光源径ないし電子源の先端の物理的な直径が lOOnm程度 以下になると、電子線源の仮想光源径カ^、くら小さくなつても電子銃力 放出される 電子線の実効的な光源径は小さくならず、結果的に、輝度は高くならないという問題 があった。これは図 2Aの従来の電子銃のバトラレンズ構造において特に重大な問題 であり、カーボンナノチューブや、先端径のきわめて細い電界放射電子源の高輝度 特性を活用する大きな妨げとなって 、た。
[0007] また、電子の仮想光源径を小さくするために物理的に電子源先端の直径を小さく すると、フラッシング時の熱によるフィラメントおよび電子源の針状金属の変形が顕著 となり、フラッシングの度毎に光源の位置が移動するため、毎回軸調性が必要となる という問題もあった。
[0008] 一方、図 2Bのように、コイル 26や磁気回路を加えて高輝度化をねらった電子銃を 用いた場合、電子銃自身の収差を小さくするためには焦点距離の小さい電子光学系 が必要である力 Kawasakiらによる電子銃構造では小さい光源径を生かせるほどの 強い磁界を電子源近傍の微小空間のみに発生することは困難であった。また、この 場合、構造が複雑で重量が増加するので振動しやすぐ分解能が低下しやすいとい う問題があった。
そこで、本発明では、仮想光源径の小さな電子源と組み合わせてもその性能を落と すこと無く使用可能な、収差の小さな電子銃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
[0009] 電子源が磁界に浸された磁界重畳電子源と、当該電子源力 電子線を引き出すた めの電界を印加する手段と、電子源に対して磁束を印加するための手段とを兼用す る上部磁極及び下部磁極とを備え、当該上部磁極と下部磁極との間に電界を発生 する電位差を与えることにより、収差の小さな電子銃を実現する。
[0010] 上部磁極と下部磁極に与える電位差により、電子源に対する電子の引き出し電界 が発生する。また、上部 ·下部磁極と引出し電界の印加手段（引出し電極)とを兼用 することにより電子銃全体の収差を小さくできる。これは、磁界の発生を、電子源に最 も近い部品、すなわち引き出し電極でおこなうことにより、狭い領域で強い磁界が得 られ、この結果、電子銃近傍に、焦点距離の短い電子レンズが形成されるためである 。電子光学的に、焦点距離を短くすると収差は小さくなる。
[0011] 磁界の発生源としては、前記電子源と同一の真空容器内に配置された永久磁石を 用いるのが好ましい。磁束発生源としてはコイルを使用することも可能であるが、永久 磁石を用いると、電子レンズとして実用的な 0. 8〜1. 1T程度の磁束を発生するのに 極めて小さな体積ですむという利点がある。電子源に磁界を与えるためには、前記電 子源と前記磁界の発生源とを直接あるいはソフト磁性体カゝらなる磁極を介して接続す る。前記永久磁石の形状は、電子源先端から見た電子放出方向を中心軸として概ね 軸対称形状に配置する。この結果、磁気の分極力 Sこの中心軸方向もしくは半径方向 の如き軸対称となり、低収差の電子レンズとして理想的な、軸対象の磁界が得られる
[0012] 前記永久磁石ないし前記磁極に印加する電位は、電子源と同一もしくは引き出し 電極と同一で用いる。このため、磁界を発生する磁極および磁石と、電子を引き出す 電界を発生する電極とを同一の小さな空間で形成することが可能となるので、狭い領 域で強い磁界が得られる。
[0013] 本発明の電子銃と組み合わせる電子源は、仮想光源径のなるべく小さな光源が好 ましぐ特に、電子源の先端部の物理的な直径が lOOnm以下の電界放射型電子源 と組み合わせて用いると、収差が小さいという本発明の特徴を十分に生かすことがで き、従来よりも高性能な電子銃が実現可能となる。
発明の効果
[0014] 本発明により、カーボンナノチューブや W— FEのような光源径の小さい電子源を有 効に利用することができるので、高性能の電子銃を形成できる。さらにこれを用いて、 より高分解能の電子顕微鏡のような、高性能の電子線応用装置を得ることができる。 本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の 記載から明らかになるであろう。
実施例 1
[0015] 図 1Aに本発明の実施例のひとつの概略を示す。下部磁極 2と上部磁極 1とその間 にドーナツ形の永久磁石 3からなる磁気回路が形成され、基本的に軸対称構造であ り、中心軸上には電子源 4が上部磁極 1の下面に設置される。この上部磁極 1と下部 磁極 2はパーメンジュール合金力もなる。電子線を引き出すための対向電極として下 部磁極 2が設置されており、これは絶縁体 5を介して上部磁極 1と電気的に絶縁され ており、両者に引出電圧 Vの電位差が印加される。この構造のために、電子源 4の 近傍に引き出し電界と磁界が極めてコンパクトに配置される。ここで、電子源 4は図 1 Bに示されるように、 W針 6とカーボンナノチューブ 7からなつている。両者の接合は、 図 1Cに示すように、 W針先端に設けた垂直のガイド壁 8に W等の金属膜 9により固定 されている。電子源 4の先端部分 7は針状、棒状、円錐形状のものでもよくまたは表 面コーティング層を設けた金属針でもよい。また、カーボンナノチューブは CVD、放 電等により形成されることができる。
[0016] 図 1Cに示す構成の作成には SEM (走査電子顕微鏡）中で、電子ビームもしくはィ オンビームを所望の領域に照射しながら W原子を含んだガス、具体的にはカルボ- ルタングステンを導入し、分解生成物の W金属膜を堆積させる方法を用いる。なお、 金属膜として融点が 400°C以上のものであれば、 Al, Mo, Au等他のものを用い ても同様の効果がある。永久磁石は Smと Coを主成分とする合金で、上部と下部が N 極 S極の ヽずれかに分極するように磁ィ匕されて ヽる。磁ィ匕の強度はほぼ材料の飽和 磁気密度で用いると、長期間安定であり、この場合約 1T程度である。絶縁体 5はアル ミナ等の硬く融点の高い絶縁体材料力 選ばれる。
[0017] 実際の応用装置において、図 1 Aの電子源を使うためには、組み立て後、真空排気 しながら 400°C程度のベーキングを 1から 20時間程度行い、内部の残留ガスや吸着 物を蒸発させて除去する。次に、電子源先端を清浄ィ匕するフラッシングを短時間行う 。本実施例では電子源力 の放出電流 Ieを増加させ、このジュール熱により先端を 過熱する。加熱温度は 500°Cから 2000°Cの範囲である。この方法では、従来のフィ ラメント加熱のフラッシングと比べて高温になる部分が微小な電子源先端に限られる ので変形が最小限に抑えられ、軸調整が不要となると言う利点がある。
[0018] ここで、図 3Aと図 3Bに示すように、中心軸上での上部磁極と下部磁極の距離 HI 2 と、電子源先端と下部磁極の距離 H24と、下部磁極の開口径 Deは、おおむね次式 の関係にあることが望ま 、。
[0019] H12>H24>De/2
これは、下部磁極が引き出し電極をかねているためであり、例えば、図 3Bのように 非磁性の引き出し電極 30を付けた場合は、この開口径が Deである。この場合、非磁 性材料としては、 Mo、 Ti、オーステナイト系ステンレス鋼などが使われる。
[0020] 図 1 A— 1Cの構成の電子銃から得られる電子線の輝度は、従来の電子銃構造に 比べて同一の放出電流で比べて 10倍程度以上高いものが得られる。これは、本構 造により電子源の極近傍に焦点距離の短！ヽ電子レンズが形成される結果、電子銃の 収差を 3nm以下に抑えられるためである。したがって、この電子源装置を電子銃に 用いることで、 TEM, SEMなどの顕微鏡の高分解能化、高速検査などが達成される 。また、電子線のエネルギー幅は電子源先端の電界で変わり、電界が強いほどエネ ルギ一幅が広くなる。このため、放出電流量 Ieが大きくなるとエネルギー幅が広がると 言う、図 4に示す傾向があるので、高輝度化していくとエネルギー幅が広がるという問 題があつたが、本発明を適用すると、同じ輝度をより低い Ieで達成できるのでエネル ギ一幅を狭くできると言う利点がある。例えば、従来の高輝度電子銃ではエネルギー 幅 0. 8から leVであったが本発明では 0. 2力ら 0. 3eVと、 1Z4から 1Z3に単色化 できる。これは、電子光学系の色収差を 1Z4から 1Z3に低減できるので顕微鏡など の高分解能化に寄与できる。また、分析装置においてはエネルギーのそろった電子 線が使えるので、たとえば電子エネルギー損失分光の一次ビームに適用すればエネ ルギー分解能を改善することができる。また、上部磁極を電子源の上部に配したこと により、電子源は磁界中に置かれることになり、短焦点化し電子光学系の収差を小さ くすることがでさる。
[0021] なお、電子銃の焦点距離を小さくしたい用途において絶縁体 5での磁気結合の損 失が懸念されるような場合は、酸ィ匕鉄マグネシウム系のフェライトのような電気抵抗が 高 、磁性材料を用いても良 、。その場合電子源はより強 、磁界中に置かれるので電 子銃の焦点距離が小さくなるという利点がある。
[0022] Sm— Co系磁石は、磁束密度が 0. 8〜1. 1T程度と非常に高くかつ保持力も高く 、また、キュリー点が 700°C以上と真空ベータ温度よりも高いので電子銃中に置いて 用いることができる。ドーナツ型の両端面を分極させ、それぞれから上部磁極 1と下 部磁極 2を用いて磁束を中心軸上に招き、電子源 4近傍で大きな磁界を発生させる。 これにより電子銃中にきわめて焦点距離の小さいレンズが形成される。磁界強度は、 0. 1T程度から 3T程度まで可能なので、必要な磁界ごとに磁石のサイズ、各磁極の 形状を前もって選択すればよ!ヽ。磁石に用いた材料の化学量論的組成は SmCo5も しくは Sm2Col7、あるいはこれらに近いものを用いても同様の効果がある。 Sm— C o系の 4割程度以下の、より磁場の弱い用途の場合はアルニコ磁石を使えばより安価 なものが得られる。
[0023] また、アルニコ磁石では温度変化による磁束密度変化が小さ!/、ので、温度の変動 が大きい環境で用いる用途に適している。なお、この場合に電子レンズの焦点距離 を小さくするには、アルニコ磁石は保持力が小さいので、磁極間を長い形状として用 いると良い。また、ベーキング温度が 300°Cより十分低い用途ではネオジゥム鉄ポロ ン磁石、すなわち、 Nd2Fel4Bを主としたものを用いると、安価のみならず、 Sm— C o系よりも 30%程度強い磁場が得られ、電子銃としてより焦点距離の短い物が得られ る。磁石材料としては、プラセオジム磁石、プラチナ磁石、鉄クロムコノ レト磁石など、 用途に合った磁束密度と保持力と耐熱性があり、真空中で放出ガスの少ないもので あれば同様の効果が得られる。 [0024] 永久磁石の持つ磁ィ匕の精度は 10%程度であり、また、磁束密度は温度で変化す るため、より精度の高い磁界を制御する場合には調整用コイルを設ける。磁極 2の外 側でも内側でも良い。また、このコイルをヒーターと兼用しても良い。その場合、ヒータ 一として使用する場合には数 Aから 10A程度の電流として、磁極 2を 200°C力 400 °Cに加熱する。これは、真空立上時のベーキングとして使えるだけでなぐ温度によ つて磁束密度を微調整する手段として用いることもできる。なお、この場合のヒーター 線の被服は、セラミックスなどの耐熱性の高 、ものがょ 、。
[0025] ここでは、絶縁体 5は下部磁極 2を磁石 3と上部磁極 1に対して絶縁するために入 れたが、上部磁極の電子源 4に接続する中心付近と、下部磁極の中央の穴付近の 双方に引出電圧をかけられる構造となっていれば同様の効果がある。例えば、図 8の ように磁石 3を分割し、その間に絶縁体 5を入れても良 、。
[0026] また、図 9Aのように中心軸上に棒状の永久磁石 3を置き、細い棒状の磁石で長手 方向に磁ィ匕したものの端面上に発生する磁界を使っても前述のように高輝度化が達 成される。図 9Aでは、下部磁極はガイシ 95にボルト 96で固定され、両者の間にべ一 ス磁極 91と絶縁体 5が挟み込まれて固定される。永久磁石 3は上部磁極 1とともに磁 石ホルダ 92内に磁石おさえ 94で固定される。この磁石おさえは、外周にねじが形成 されており、ベース磁極 91のめねじと嚙み合う。また磁石ホルダ 92は皿ねじ 97により ベース磁極 91に固定されている。この場合、下部磁極の内壁には磁石が無いので、 図 9Bのように穴を開けて真空排気のコンダクタンスを高めたり、あるいは図 9Aのよう に非蒸発ゲッタ 93を置 、て外に卷 、たコイル 90の通電加熱により活性ィ匕させて真空 ポンプとして作用させても良い。この場合、電子源 4の周りはガス分子の少ない良好 な状態が長時間保たれるという利点がある。
[0027] 本実施例においては電子源としてカーボンナノチューブを用いた力 電子放出源 の光源径あるいは仮想光源径力小さぐ 3nm程度以下の場合には本発明を適用す れば、小さい光源径を損なうことなく電子線を発生できるので同様の効果がある。たと えば、 Wの針で先端径が lOOnm以下のもの、あるいはこの先端にナノチップを形成 したものでも光源径が小さいので同様の効果がある。ナノチップとは、 W— FEの針を 加熱しながら正電圧を印加して電界蒸発条件にすることにより針先端に数原子程度 の突起を形成したものである。なお、 W以外でも、 Pt、 Moなどの高融点金属を用い ても良い。また、電子源の先端部分をィ匕学的または電気化学的エッチングにより 100 nm以下に先鋭ィ匕することができる。
[0028] 電子源の動作時の引出電圧 Vは、実用的には、電子源がカーボンナノチューブの 場合には、 100V力ら 4kVの範囲、 Wの針で先端径が lOOnmの場合は 2kVから 5k Vの範囲で、電子源力 の放出電流 Ieを観察しながら、 Ieが所望の値となるように決 定される。この Ieは、実用的には、カーボンナノチューブの場合は ΙΟηΑから 500 Aの範囲、 Wの針の場合 ΙΟηΑから 30 Aの範囲から選ばれる。上部磁極 1は電子 源 1と同電位であり、加速電圧 Voが印加される。実用的には Voは、 SEM (走査電子 顕微鏡)用には— 30kVから— 30Vの範囲から、また、 TEM (透過電子顕微鏡)用に は、 30kVから一 lOOOkVの範囲から選ばれる。
[0029] また、図 10に示すような、従来の W— FE電子源構造の先端の細い場合に適用し ても良い。ここでは、絶縁体よりなるステム 100を貫通して固定されている 2本の貫通 電極 101上に Wフィラメント 21が渡されており、このフィラメントに W—FE電子源 20を 固定した既存の電子源である。先端径は lOOnm程度以下である。磁気回路は上部 磁極 1の中心に貫通穴があり、この穴を通して電子源 20が永久磁石 3からの磁束を 集中させた領域に挿入され、上部磁極 1とステム 100は継ぎ手 102により固定される
[0030] このステム 100の表面は金メッキされており、貫通電極 101の一端と電気的に接続 している。このため、上部磁極 1、永久磁石 3、電子源 20は電気的に接続され加速電 圧 Voと同電位にある。下部磁極 2を引き出し電極として、電子源 20との間に引き出し 電圧 Vを印加して用いる。図 10の構造は、従来の SEMや TEMなどの電子銃構造 のわずかな改造で適用できるという利点がある。なお、この場合も先述のように、 W針 先端にナノチップを形成しても良い。
[0031] ここでは磁極のソフト磁性材料としてパーメンジュールを用いた力 必要な磁束密 度により、他の金属材料、たとえば、パーマロイや純鉄等を用いても同様の効果があ る。
より簡便な構成として、図 11 Aおよび図 11Bのように中心軸上に棒状の磁石 3を置 き、細 ヽ棒状の磁石で長手方向に磁化したものの端面上に発生する磁界を使うこと でも高輝度化が達成される。この場合、直接電子源を設置しかつ細長い形状を維持 するには、欠けやすい Sm— Co系よりも、アルニコ磁石、鉄クロムコバルト磁石などが 適している。保持力が小さい材料の場合は形状を細長くする必要があるので、実用 的には、太さが 0. 1mmの場合は、長さ lmm以上、より好適には 5mmから 10mm程 度で用いると良い。電子源取付け位置はこの棒の径が太いほど許容範囲が広くなる ので、製造しやすくなる。この場合、太すぎると電子源への電界集中が難しくなるの で、実用的に直径は 5mm程度以下がよぐこの場合、細長い形状を得るためには長 さ 20mm以下程度とする。
[0032] また、円柱状の永久磁石 3を半径方向に分極するように磁ィ匕しても、磁極により磁 力線を電子放出方向の軸に対して軸対称に集中させれば同様の効果がある。例え ば、円板の中心と外輪で Sと Nに分極した構造でも、図 11Cのように上部磁極 1と下 部磁極 2を設ければ図 1の構造と同様の効果がある。この場合は磁石の作成が容易 で、安価に作成できると言う利点がある。
[0033] 本実施例において磁気回路の磁束を永久磁石により発生させており、安価に製造 できるという効果は、図 2Bの従来例と比較して明らかである。すなわち、従来技術で は、 W— FEの使用に際しては電子銃内の雰囲気を超高真空領域 (圧力 10_8Pa台 以下）として用いるため、準備として、 200°C力も 400°Cのべ一キングが必要となるが 、このために外部コイルを高温の耐熱材で被覆したものを用いるカゝ、あるいは外部コ ィルを取り外し式とする必用があり、どちらにしても製造コストがかかるという問題があ つた。しかし、本発明を適用すれば、磁界発生するための永久磁石はキュリー点がベ 一キング温度に比べて十分高!ヽものを選べば、特別な被覆や取り外す構造をとる必 要が無いものである。
実施例 2
[0034] 走査電子顕微鏡に適用した場合の一例の概略を図 6に示す。
電子銃の組立工程では、電子源 4の取付け位置の数十/ z m程度の誤差は避けら れない。電子源 4が電子光学系の軸中心からずれている場合、軸上で観測される電 子線は、角度がずれたものが増える。さらに、電子源中の電子レンズの軸力 ずれた ものが主になるので収差が大きくなると言う問題が出てくる。これは、磁界を重畳した 結果、焦点距離が短くなり電子源位置の精度が厳しくなつたためである。これを解決 する方法として、機械的に合わせる方法と、電子光学系によるものがある。機械的に 合わせる場合は、例えば図 7のように電子源 4を微動台 70に乗せて位置を調整すれ ばよい。
[0035] この場合、微動台 70に電子源 4を複数設置しておき、引き出し電極をじょうご型にし て中心部分のみに強い電界が力かるようにしておけば、複数ある電子源 4のうちの 1 本を選んで用いることができるので、電子銃をあけずに電子源が交換でき、長期間に わたり使用できると言う利点がある。一方、電子光学系により軸ずれを補正する方法 としては、例えば、図 5Aに示すように偏向器 50により角度を補正する方法がある。偏 向器 50は紙面では一対だ力 補正方向は x—yの 2軸あるので二対設ける。偏向方 式は、静電界でも磁界でも良い。さらに図 5Bのように偏向器 50を二段設けると、電子 ビーム 5の角度と位置の両方の補正ができるので、電子銃のレンズ中心により近いと ころを通過した電子線を使うことができ、収差の低減の点で望ま 、。
[0036] 図 6の走査電子顕微鏡では、 2段の偏向器により電子源の収差を抑え、アパーチャ 61により余分な電子をさえぎり、対物レンズ 66により電子ビーム 10を収束させて試料 67に照射する。電子ビーム 10は走査用偏向器 69により試料台 68上の試料 67表面 上を走査しそこ力も発生する反射電子を上方の反射電子検出器 29で、二次電子は ExBフィルタ 64で横に曲げて二次電子検出器 63でそれぞれ検出して、これらを元 に SEM像を得る。対物レンズの色収差を低減するためにブースター電極 65に電圧 Vbを印加し、試料 67にリターデイング電圧 Vrを印加して、対物レンズ中の電子の速 度を上げている。試料に照射する電子エネルギーは、 I Vo I— I Vr Iであり、 10e Vから 5keV程度の範囲で用いる。また、対物レンズ中の電子エネルギーは、 I Vo I
+ I vb Iであり、 lkvから iokv程度の範囲で用いる。
[0037] 本発明の電子源は図 2Bに示されるような従来の FE電子銃に比べて電子銃の収差 をきわめて小さくできるので、電子源の小さいソースサイズを損なうことなく利用するこ とができる。例えば、バーチャルソースサイズ 3nmの電子源を用い、全体の電子レン ズの縮小率 1Z2としたときに、試料上のプローブ径を 1. 5nmとすることができる。こ の結果、小さいソースサイズの電子源を利用できるので、より高分解能の顕微鏡観察 が行える。
[0038] また、電子源 4に重畳された磁界のためにより広い放射角の電子ビームを収束する ことができるので、例えばェミッション電流を 0. 1 Aとしてもプローブ電流を ΙΟρΑ以 上取り出すことができ、より高速で像観察することが可能となる。
[0039] さらに、試料照射エネルギーが 3kV程度以下では色収差が支配的になっているた め、電子源を従来と同一の輝度で用いることで、先述のように電子線が単色になるの で、色収差を 1Z3から 1Z4に低減でき、飛躍的な高分解能化が達成される。この S EMは、電子ビームの損傷を受けやすい有機物の観察に適している。例えば、 LSI 工程での微細加工用レジストや層間絶縁材料の観察や長さ測定、あるいは、たんぱ く質や生体や細胞の観察に有用である。
上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と 添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業 者に明らかである。
図面の簡単な説明
[0040] [図 1A]本発明の構成を説明するための図。
[図 1B]本発明の構成を説明するための図。
[図 1C]本発明の構成を説明するための図。
[図 2A]従来技術の説明図。
[図 2B]従来技術の説明図。
[図 3A]本発明の一実施例の説明図。
[図 3B]本発明の一実施例の説明図。
[図 4]本発明を説明するための特性図。
[図 5A]本発明に係わる偏向器の説明図。
[図 5B]本発明に係わる偏向器の説明図。
[図 6]本発明に係わる装置の全体構成を示す図。
[図 7]本発明の一部変形例を示す図。
[図 8]本発明の他の一部変形例を示す図。 [図 9A]本発明の他の実施例を示す図。
[図 9B]本発明の他の実施例を示す図。
[図 10]本発明の更に他の実施例を示す図。
[図 11A]本発明の一部変形例を示す図。
[図 11B]本発明の一部変形例を示す図。
[図 11C]本発明の一部変形例を示す図。 符号の説明
1 上部磁極
2 下部磁極
3 永久磁石
4 電子源
5 絶縁体
6 W針
7 カーボンナノチューブ
8 ガイド壁
9 金属膜
11 アノード
10 電子線
20 W— FE電子源
21 Wフィラメント
22 引出電極
23 アノード
30 引き出し電極
50 偏向器
60 真空容器
61 アパーチャ
62 反射電子検出器
63 二次電子検出器 ExB ブースター電極 対物レンズ 試料 試料ステージ コイル ベース磁極 磁石ホノレダ 非蒸発ゲッタ 磁石おさえ ガイシ ボルト 皿ネジ ステム 貫通電極 継ぎ手

Claims

請求の範囲
[1] 先端部の直径が lOOnm以下の電界放射型電子源と引き出し電極があり前記電子 源が磁界に浸された磁界重畳電子源において、磁界の発生源の主たるものは前記 電子源と同一の真空容器内に置かれた永久磁石であり、前記永久磁石は電子源先 端力 見た電子放出方向を中心軸として概ね軸対称形状を持ち、磁気の分極はこの 中心軸方向もしくは半径方向の如き軸対称であり、前記電子源に対して直接ある 、 はソフト磁性体からなる磁極を介して接続することにより磁束を与え、前記永久磁石 及び前記磁極の電位を電子源と同一もしくは引き出し電極と同一で用いるようにした 、電子源装置。
[2] 請求項 1に記載の電子源装置において、
前記電子源の電子放出にかかわる先端部分は炭素を基材とする針状、棒状、円錐 形状もしくは金属針の表面コーティング層である、電子源装置。
[3] 請求項 2に記載の電子源装置において、
前記電子源は、 CVD、放電などにより形成されたカーボンナノチューブ力もなる先 端部分と、これを接着した電子源支柱からなる、電子源装置。
[4] 請求項 1に記載の電子源装置において、
前記電子源はフィラメント上に固定された Wもしくは Ptの如き金属の針力 なり、そ の電子放出にかかわる先端は化学的あるいは電気化学的エッチングにより直径 100 nm以下に先鋭ィ匕したもの、あるいは真空中での加熱電界蒸発等により数原子の突 起を形成したものである、電子源装置。
[5] 請求項 1または請求項 3に記載の電子源装置において、
前記永久磁石は Smと Coを主成分とする合金力もなる、電子源装置。
[6] 請求項 1または請求項 3に記載の電子源装置において、
前記永久磁石は、円柱あるいは円錐の如き断面が円形のものであり、永久磁石の 電子放出方向側の先端に電子源が接続され、または前記永久磁石と同じ回転対称 軸を持つ形状のパーメンジュールまたはパーマロイの如きソフト磁性体からなる磁極 を介して接続される構造にした、電子源装置。
[7] 請求項 6に記載の電子源装置において、 電子源に対向する引出電極のすべてあるいは主たる部分は、ソフト磁性体であり、 前記永久磁石の電子源接続部分と反対側の部分に磁気的に結合し、かつ間に少な くとも一つの絶縁体もしくは高抵抗体を設け引出電極と電子源を電気的に絶縁し、両 者の間に引き出し電圧 Vを印加して用いるようにした、電子源装置。
[8] 請求項 1または請求項 3に記載の電子源装置において、
前記永久磁石はドーナツ形の如き中空構造であり、永久磁石の電子放出方向側の 端はソフト磁性体を主な成分とする下部磁極と磁気的に結合し、永久磁石のもう一方 の側はソフト磁性体を主な成分とする上部磁極と磁気的に結合し、下部磁極は弓 Iき 出し電極と同一体である力もしくは接しており、上部磁極の電子放出方向側の中心 に電子源を接続し、上部磁極と下部磁極の間に少なくとも一つの絶縁体もしくは高抵 抗体を設け引出電極と電子源を電気的に絶縁し、両者の間に引き出し電圧 Vを印 カロして用いるようにした、電子源装置。
[9] 請求項 8に記載の電子源装置において、
中心軸近傍での上部磁極と引き出し電極の間隔 H12と、電子源先端と引き出し電 極の距離 H24と、引き出し電極の開口径 Deは、 H12>H24>DeZ2の関係にある 、電子源装置。
[10] 請求項 1または請求項 3に記載の電子源装置において、
前記電子源は絶縁体力 なるステムを貫通する 2本の電極上に渡されたフィラメント 上に固定され、前記永久磁石はドーナツ形の如き中空構造であり、永久磁石の電子 放出方向側の端はソフト磁性体を主な成分とする下部磁極と、永久磁石のもう一方 の側はソフト磁性体を主な成分とする上部磁極と磁気的に結合し、下部磁極は弓 Iき 出し電極と同一体である力もしくは接しており、上部磁極には貫通穴があり、上部磁 極とステムは直接もしくは継ぎ手を介して接続され、上部磁極と下部磁極の間に少な くとも一つの絶縁体もしくは高抵抗体を設け引出電極と電子源を電気的に絶縁し、両 者の間に引き出し電圧 Vを印加して用いるようにした、電子源装置。
[11] 請求項 1、 6、 7、 8、 9、 10のいずれか 1項に記載の電子源装置において、
少なくとも一つの磁極近傍に少なくとも一つのコイルを設置し、通電して用いるよう にした、電子源装置。
[12] 請求項 1、 6、 7、 8、 9、 10、 11のいずれ力 1項に記載の電子源装置において、さら に、少なくとも Xと yそれぞれ一対の静電型もしくは磁界型の偏向器と、観察試料を置 く手段と、反射電子、二次電子、吸収電流のうちの少なくとも一つを計測する手段と、 を備えた、電子線装置。
[13] 上部磁極と、電子線が通過する開口を備えた下部磁極と、当該上部磁極と下部磁 極の間に配置された電子源と、前記上部磁極と下部磁極の間に電位差を与える手 段と、を備え、 前記上部磁極と下部磁極間に与える電位差により、前記電子源から 電子を放出するようにした、電子源装置。
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