WO2011001611A1 - 荷電粒子銃及び荷電粒子線装置 - Google Patents

荷電粒子銃及び荷電粒子線装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2011001611A1
WO2011001611A1 PCT/JP2010/003892 JP2010003892W WO2011001611A1 WO 2011001611 A1 WO2011001611 A1 WO 2011001611A1 JP 2010003892 W JP2010003892 W JP 2010003892W WO 2011001611 A1 WO2011001611 A1 WO 2011001611A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
charged particle
gun
opening
source
particle gun
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/003892
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
趙福来
小久保滋
村越久弥
Original Assignee
株式会社 日立ハイテクノロジーズ
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社 日立ハイテクノロジーズ filed Critical 株式会社 日立ハイテクノロジーズ
Priority to US13/381,343 priority Critical patent/US20120104272A1/en
Priority to DE112010002767T priority patent/DE112010002767T5/de
Publication of WO2011001611A1 publication Critical patent/WO2011001611A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1472—Deflecting along given lines
    • 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
    • H01J37/18—Vacuum locks ; Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06—Sources
    • H01J2237/063—Electron sources
    • H01J2237/06308—Thermionic sources
    • H01J2237/06316—Schottky emission

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle gun and a charged particle beam apparatus, and more particularly to an electron gun having a degree of vacuum higher than ultra high vacuum and an electron beam apparatus using the electron gun.
  • the charged particle beam apparatus requires a charged particle source that generates a charged particle beam.
  • An electron microscope which is one of charged particle beam apparatuses, has an electron gun such as a thermionic gun, a thermal field emission electron gun, a Schottky electron gun, or a field emission electron gun as a charged particle source.
  • An electron microscope accelerates an electron beam emitted from an electron gun, forms a thin electron beam with an electron lens, and inspects a sample as a primary electron beam, and is excited by collision with electrons scattered from the sample or primary electrons. An image is obtained by detecting secondary electrons.
  • tungsten is used in the case of a field emission electron gun operating at room temperature. Further, in a Schottky electron gun that operates at a high temperature of 1500 K or higher, tungsten may contain zirconia.
  • the degree of vacuum around the electron source is set to a vacuum level (10 ⁇ 7 to 10 ⁇ 8 Pa) higher than ultrahigh vacuum in order to reduce the amount of adsorbed gas. Need to keep. For this reason, conventionally, as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, a differential exhaust method has been employed.
  • the tip of the electron gun and the opening for differential exhaust are arranged on a straight line. For this reason, it has been found that molecules present in the vacuum chamber on the downstream side with a low degree of vacuum are adsorbed to the electron gun through the opening and cause current noise.
  • an object of the present invention is to stabilize primary charged particles emitted from a charged particle source for a long time and to enable stable operation of a charged particle beam apparatus.
  • the present invention is a charged particle gun having a charged particle source and an extraction electrode for extracting a charged particle beam from the charged particle source, and connected to a pump for exhausting the inside.
  • the charged particle gun has an opening through which the charged particle beam passes, and a barrier is provided in a region connecting the charged particle source and the opening.
  • the present invention it is possible to prevent molecules present in the downstream vacuum chamber having a low degree of vacuum from adsorbing to the charged particle source through the opening, thereby reducing current noise. Thereby, the stable operation
  • the structure of the ultra-high vacuum electron gun concerning the present invention Ultra high vacuum electron gun configuration. Relationship between electron source and vacuum chamber opening. The graph which shows the time change of the emission current from a field emission electron source (gun valve closed state). The graph which shows the time change of the emission current from a field emission electron source (gun valve open state). Time change of emission current from field emission electron source.
  • the structure of the ultra-high vacuum electron gun concerning the present invention The structure of the ultra-high vacuum electron gun using the graphene sheet concerning the present invention. The relationship between the electron gun concerning this invention and opening.
  • FIG. 2 has an electron source 1 and an extraction electrode 2. An extraction voltage is applied to the extraction electrode 2. Electrons are emitted from the electron source 1 by this extraction voltage. The emitted electrons are called primary electron beams. The primary electron beam is accelerated by the acceleration electrode.
  • the partition between the vacuum chamber A4 and the vacuum chamber B5 serves as an acceleration electrode.
  • the vacuum chamber A4, the vacuum chamber B5, and the vacuum chamber C6 are baked.
  • the deflectors and the like disposed in these vacuum chambers are compatible with ultra-high vacuum (a material that is not easily baked or outgassed).
  • the electron gun chamber is divided into a plurality of vacuum chambers, and differential evacuation is performed by an ion pump.
  • Each vacuum chamber is coupled through an opening having a diameter of 1 mm or less through which an electron beam passes. Since the conductance (ease of gas flow) of the opening is low, there is a difference of two orders of magnitude or more in the degree of vacuum between the upstream side and the downstream side of the opening.
  • the opening of the electron source 1 and each vacuum chamber is arranged on a straight line (on the axis through which the electron beam passes), and as shown in FIG.
  • gas molecules passing through the opening from the downstream vacuum chamber D8 with a low degree of vacuum at an angle within the half angle ⁇ are adsorbed to the electron source 1.
  • the probability that these gas molecules are scattered by other gases becomes very small and is adsorbed to the electron source 1 by linear motion. Experiments have shown that these molecules cause current noise.
  • the pressure P A in the vacuum chamber A4 arranging an electron source is 10 -8 Pa stand, the surface of the electron source therein gas molecules having sufficient one layer is adsorbed.
  • ⁇ 2 is 10 ⁇ 5 units
  • n D is 10 4 times or more than n A , so the number J D of gas molecules that reach the electron source 1 through the opening C14 comes from the residual gas in the vacuum chamber A4. up to less than 1/10 of the number J a.
  • the problem is the type of gas.
  • the vacuum chamber A4 is generally baked at 150 ° C. or higher, and the main component of the remaining residual gas is hydrogen molecules.
  • the vacuum chamber D8 cannot be baked because it contains heat-sensitive components such as a magnetic lens, and the main components of the remaining residual gas are water molecules, carbon dioxide molecules, carbon monoxide molecules, and the like. These molecules were found to cause large current noise when adsorbed on the electron source. Since hydrogen molecules hardly cause noise (Non-Patent Documents 1 and 2), the present inventors have clarified that the cause of current noise is these molecules adsorbed to the electron source 1 through the opening. It was.
  • a gun valve 7 mechanism in the opening between the vacuum chamber C6 and the vacuum chamber D8. Opening the gun valve 7 is gas molecules through the openings C14 enters the vacuum chamber D8 downstream vacuum chamber C6 of the electron gun, the pressure of the electron gun vacuum chamber C6 P C is 10 -8 Pa table 10 - It rises to the 6 Pa level.
  • the vacuum chamber A4, B5 pressure P A, P B maintains a 10 -8 Pa stand works a differential exhaust system, in particular the pressure P A in the vacuum chamber A had no changes in the opening and closing of the gun valve 7.
  • the fact that the emission current decay time ⁇ did not change with the opening and closing of the valve as shown in FIGS. 4 and 5 confirms that the opening and closing of the valve hardly affects the pressure around the electron source in the electron gun vacuum chamber A4.
  • the opening and closing of the valve 7 had a great influence on the current noise.
  • the current noise which was about 1% in 3 to 5 hours after the flushing, increased more than 5 times to 5% or more when the valve was opened.
  • a barrier is provided in a region connecting the electron source 1 and the opening of the downstream vacuum chamber D8 having a low degree of vacuum.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an ultra-high vacuum electron gun according to an embodiment of the present invention. Components corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
  • the ultra high vacuum electron gun of the present invention has an electron source optical axis ZS23 in which the field emission electron source 1 and the diaphragm 3 of the extraction electrode 2 are disposed, and a downstream optical axis ZB24 in which the opening C14 is disposed.
  • the electron gun of the present invention has an electron source optical axis ZS23 in which the aperture 3 of the electron source 1 and the extraction electrode 2 is disposed, and an optical axis ZB24 in which the opening C14 is disposed.
  • Gas molecules that cross obliquely and enter the electron gun from the vacuum chamber 8 on the downstream side through the opening C14 cannot pass through the extraction electrode 3 in a straight line and can be adsorbed to the electron source 1.
  • the barriers are the extraction electrode 2 and the partition between the vacuum chamber A4 and the vacuum chamber B5.
  • the deflector 15 is provided at the intersection of the electron source optical axis ZS23 and the downstream optical axis ZB24.
  • the electron beam deflection point 26 is located in an ultra-high vacuum chamber in which the pressure is maintained on the order of 10 ⁇ 7 to 10 ⁇ 8 Pa.
  • the deflector 15 for deflecting the electron beam may be an electrostatic type or a magnetic type.
  • the deflector is compatible with ultra-high vacuum and performs baking or the like.
  • the deflector 15 is disposed in a vacuum chamber and can withstand a baking temperature of 100 ° C. or higher. Since the magnetic lens can be disposed outside the vacuum chamber B5 or the vacuum chamber C6, there is no problem of gas generated from the magnetic lens. Since the magnetic coil is provided in the electron gun, it is desirable to use a magnetic coil that can withstand the specification of a baking temperature of 100 ° C. or higher.
  • the electron beam on the electron source optical axis ZS23 emitted from the electron source 1 is deflected by the deflector 15 and aligned with the downstream optical axis ZB24.
  • the electron source optical axis ZS23 where the electron source 1 and the aperture 3 of the extraction electrode 2 are arranged and the downstream optical axis ZB24 where the opening C14 is arranged are parallel, but the deflector 16 and the deflector 17 is off-axis. Therefore, gas molecules entering the electron gun from the vacuum chamber D8 through the opening C14 cannot pass through the extraction electrode 3 in a straight line. In this case, the extraction electrode 2 is a barrier.
  • the electron beam on the electron source optical axis ZS23 emitted from the electron source 1 is deflected outside the electron source optical axis ZS23 by the upper deflector 16.
  • the deflected electron beam is changed by the lower deflector 17 by the same amount in the direction opposite to the deflection direction by the upper deflector 16 and aligned with the downstream optical axis ZB24.
  • the object of the present invention can be achieved if the amount of axis shift is such that the extraction electrode 2 exists in the region connecting the tip of the electron source 1 to the opening C14.
  • the optical axis ZS23 in which the aperture 3 of the electron source 1 and the extraction electrode 2 is arranged coincides with the optical axis ZB24 in which the opening C14 is arranged.
  • a stopper 22 for collision of gas molecules is provided on the extension of the ZS 23 and the optical axis ZB24. Thereby, it is possible to prevent gas molecules entering the electron gun from the downstream vacuum chamber 8 through the opening C14 from being adsorbed to the electron source 1.
  • the stopper 22 is a barrier.
  • the electron beam on the electron source optical axis ZS23 emitted from the electron source 1 is deflected twice by the deflector 18 and the deflector 19, bypassing the stopper 22, and the deflector 20 Is aligned with the downstream optical axis ZB24 by the deflection by the above.
  • the object of the present invention can be achieved if the stopper 22 has such a size that the stopper 22 exists in the region connecting the opening C14 from the tip of the electron source 1.
  • the stopper 22 can be used not only in the present embodiment but also in the first and second embodiments.
  • the deflector 15 for deflecting the electron beam may be either an electrostatic type or a magnetic type.
  • the deflector is compatible with ultra-high vacuum and performs baking or the like.
  • the deflector 15 is disposed in a vacuum chamber and can withstand a baking temperature of 100 ° C. or higher. Since the magnetic lens can be disposed outside the vacuum chamber B5 or the vacuum chamber C6, there is no problem of gas generated from the magnetic lens. Since the magnetic coil is provided in the electron gun, it is desirable to use a magnetic coil that can withstand the specification of a baking temperature of 100 ° C. or higher.
  • the location where the gas molecules that generate current noise exist is the vacuum chamber D8.
  • the vacuum chamber D8 is used.
  • the chamber corresponds to the vacuum chamber D8.
  • Graphene sheet is a thin gauze-like material made of carbon atoms and is an extremely thin thin film with a thickness of one to several atoms. It is known to be the strongest of all materials in terms of tensile strength. (Non-Patent Documents 4 and 5).
  • the surface of the graphene sheet is chemically stable, and gas molecules are difficult to adsorb, so there is little damage caused by electron beams.
  • the substance under the graphene sheet can be completely seen through. This indicates that even a low energy electron beam permeates the graphene sheet at a high ratio.
  • a graphene film 21 having a thickness of several nanometers or less is provided between the electron source 1 and the opening C14 to allow the electron beam to pass but prevent the passage of gas molecules.
  • the gas molecules from the chamber D8 are prevented from reaching the electron source 1.
  • the barrier is the graphene sheet.
  • the graphene sheet has an effect of reducing current noise at any position between the electron source 1 and a vacuum chamber in which many gas molecules causing current noise exist.
  • the effect of this invention can be heightened by arrange
  • the above object can be achieved if the opening 25 has a solid angle of 10 ⁇ 6 steradians or less as viewed from the electron source 1.
  • the period of flushing by hydrogen molecule adsorption existing in the vacuum chamber A4 may be compared with the time from when the gun valve 7 is closed until current noise is generated.
  • the vacuum chamber D8 can be baked at 100 ° C. or higher in order to reduce the number of gas molecules present in the downstream vacuum chamber D8.
  • the pressure of the downstream vacuum chamber is maintained at 10 ⁇ 6 Pa or less by using a low gas release material such as electrolytic composite polished stainless steel or pure chromium-oxidized film stainless steel as the material of the downstream vacuum chamber 8.
  • a low gas release material such as electrolytic composite polished stainless steel or pure chromium-oxidized film stainless steel
  • a structure that adsorbs molecules that cause electronic noise may be disposed between the electron source 1 and the vacuum chamber D8.
  • a getter pump it is possible to arrange a getter pump.
  • the present invention can be applied to a charged particle beam apparatus equipped with a charged particle gun such as a field emission electron gun (particularly, a cold cathode field emission electron gun) that requires an ultra-high vacuum or a Schottky electron gun. It is.
  • a charged particle gun such as a field emission electron gun (particularly, a cold cathode field emission electron gun) that requires an ultra-high vacuum or a Schottky electron gun. It is.
  • Electron source 2 Extraction electrode 3 Aperture 4 Vacuum chamber A 5 Vacuum chamber B 6 Vacuum chamber C 7 Gun valve 8 Vacuum chamber D 9, 10, 11 Ion pump 12 Opening A 13 Opening B 14 Opening C 16, 17, 18, 19, 20 Deflector 21 Graphene sheet 22 Stopper 23 Electron source optical axis 24 Downstream optical axis 25 Opening 26 Electron beam deflection point

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

　本発明の荷電粒子銃は、荷電粒子源（１）と引出電極（２）と荷電粒子線が通過する開口（１４）とを備え、前記荷電粒子源と前記開口を結ぶ領域に、下流側の真空室に存在する分子が前記開口を通って前記荷電粒子源に吸着することを防ぐための障壁を設けることを特徴としている。 これにより、真空度の低い下流側の真空室に存在する分子が荷電粒子源に吸着することを防ぎ、電流ノイズの低減を図ることができるようになるので、荷電粒子線銃及び当該荷電粒子線銃を設置した荷電粒子線装置を安定して稼動させることが可能になった。

Description

荷電粒子銃及び荷電粒子線装置
　本発明は荷電粒子銃及び荷電粒子線装置に係り、特に超高真空以上の真空度を持つ電子銃及びその電子銃を用いた電子線装置に関する。
　荷電粒子線装置には、荷電粒子線を発生させる荷電粒子源が必要となる。荷電粒子線装置の一つである電子顕微鏡は、荷電粒子源として、熱電子銃，熱電界放出電子銃，ショットキー電子銃，電界放出電子銃等の電子銃を有する。電子顕微鏡は、電子銃から放出される電子線を加速し、電子レンズで細い電子ビームとし、これを一次電子ビームとして試料を照査し、試料から散乱される電子あるいは一次電子との衝突で励起される二次電子を検出して像を得るものである。
　電子源の材料としては、常温で動作する電界放出型電子銃の場合は、タングステンを用いている。また、１５００Ｋ以上の高温で動作するショットキー電子銃には、タングステンにジルコニアを含有させる場合がある。
　電子源の表面に真空容器中の残留ガスが吸着すると、電子源の放射電流が不安定になることが知られている。放射電流の不安定さ（電流ノイズ）は吸着ガス量が増えると共に大きくなり、やがて電流の急激な上昇の後に電子源が破損する。
　電子ビームの電流量が電子源から良好な電子ビームを長期間にわたって放出させるには、吸着ガス量を減らすため電子源周りを超高真空以上の真空度（１０-7～１０-8Ｐａ）に保つ必要がある。このために、従来においては、特許文献１，特許文献２にあるように、差動排気する方法が取られていた。
特開２０００－１９５４５４号公報 特開２００７－０８０６６７号公報
S. Yamamoto et al., Surface Science, Volume 61, (1976) p535. S. Yamamoto et al., Surface Science, Volume 71, (1978) p191. B. Cho et al., Applied Physics Letters, Volume 91, (2007) p012105. A. K. Geim and. S. Novoselov, Nature Materials, Volume 6, (2007) p183. Changgu Lee et al., Science Volume 321, 385 (2008)
　先行技術文献で開示された発明では、電子銃の先端と、差動排気のための開口部が直線上に配置されている。このため、真空度の低い下流側の真空室に存在する分子が、開口を通って電子銃に吸着し、電流ノイズを引き起こすことが分かった。
　本発明は上記の問題点に鑑み、荷電粒子源から放出される一次荷電粒子を長時間安定させ、荷電粒子線装置の安定した稼動を可能にすることを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子源と、荷電粒子源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、を有し、内部を排気するポンプに接続された荷電粒子銃であって、
　当該荷電粒子銃は、前記荷電粒子線を通す開口を有し、前記荷電粒子源と当該開口を結ぶ領域に、障壁を設けることを特徴とする。
　本発明によれば、真空度の低い下流側の真空室に存在する分子が、開口を通って荷電粒子源に吸着することを防ぎ、電流ノイズの低減を図ることができる。これにより、荷電粒子線装置の安定した稼動を可能にすることができる。
本発明に係る超高真空電子銃の構成。 超高真空電子銃の構成。 電子源と真空室の開口の関係。 電界放出電子源からの放出電流の時間変化を示すグラフ（ガンバルブ閉止状態）。 電界放出電子源からの放出電流の時間変化を示すグラフ（ガンバルブ開き状態）。 電界放出電子源からの放出電流の時間変化。 本発明に係る超高真空電子銃の構成。 本発明に係るグラフェンシートを用いた超高真空電子銃の構成。 本発明にかかる電子銃と開口の関係。
　本願発明の実施例について説明する前に、本発明の原理について説明する。
　本発明との対比として、図２の電界放出電子銃について考察する。
　図２は、電子源１，引出電極２を有している。引出電極２には引出電圧が印加されている。この引出電圧により、電子源１から電子が放出される。放出された電子は、一次電子線と呼ばれる。一次電子線は、加速電極により加速される。図２においては、真空室Ａ４と真空室Ｂ５の間の仕切りが加速電極の役割を果たしている。
　また、電子銃室内を超高真空とするため、真空室Ａ４，真空室Ｂ５，真空室Ｃ６はベーキングされている。これらの真空室に配置される偏向器等は、超高真空対応のもの（ベーキング処理，ガス放出しにくい材料）である。
　本例では、電子銃室を複数の真空室に分けてイオンポンプで差動排気をしている。各真空室は電子線が通る直径１mm以下の開口を介して結合する。開口のコンダクタンス（気体の流れやすさ）は低いため、開口の上流側と下流側の真空度には二桁以上の差がある。
　図２の構成では、電子源１と各真空室の開口が直線上（電子線が通る軸上）に配置されており、図３に示すように、電子源１から見て半角θ（又は立体角α＝πθ2）を持つ開口Ｃ１４を正面で見ている。このため、真空度の低い下流側の真空室Ｄ８から開口を半角θ以内の角度で通るガス分子は電子源１に吸着する。特に超高真空であれば、これらのガス分子は他のガスで散乱される確率が非常に小さくなり、直線運動で電子源１に吸着する。そしてこれらの分子が電流ノイズを引き起こすことが実験により分かった。
　温度Ｔ，圧力ＰAの真空室Ａ４には、単位体積あたりｎA＝ＰA・ｋＴ個のガス分子があり、電子源の表面に到達する単位時間・単位体積あたりの分子の数ＪA＝１／４・ｎA・ｖAとなる。ここでｋはボルツマン定数、ｖAは分子の平均速度である。
　電子源を配置する真空室Ａ４の圧力ＰAは１０-8Ｐａ台であり、その中の電子源表面には数十分で１層のガス分子が吸着する。一方電子銃より下流側の真空室Ｄ８は圧力ＰDが１０-4Ｐａ台以上であり、半角θの開口Ｃ１４を通って電子源１に到達する単位時間・面積当りの分子の数ＪD＝１／８・ｎD・ｖD・θ2となる。θ2は１０-5台であるがｎDがｎAの１０4倍以上であるため、開口Ｃ１４を通って電子源１に到達するガス分子の数ＪDは真空室Ａ４の残留ガスから来る数ＪAの１／１０以上に及ぶ。
　更に問題になるのはガスの種類である。真空室Ａ４は一般的に１５０℃以上のベークを実施し、残った残留ガスの主な成分は水素分子である。一方真空室Ｄ８は磁気レンズ等の熱に弱い部品を含んでいるためベークができず、残った残留ガスの主な成分は水分子，二酸化炭素分子，一酸化炭素分子等である。これらの分子は電子源に吸着すると大きい電流ノイズを起こすことが分かった。水素分子は殆どノイズを起こさないため（非特許文献１，２）、電流ノイズの原因は、開口を通って電子源１に吸着するこれらの分子であることが本発明者の研究により明らかになった。
　以下にその内容について説明する。
　真空室Ｃ６と真空室Ｄ８の間には開口にガンバルブ７機構がある。ガンバルブ７を開けると開口Ｃ１４を通ってガス分子が下流側の真空室Ｄ８から電子銃の真空室Ｃ６に進入して、電子銃の真空室Ｃ６の圧力ＰCは１０-8Ｐａ台から１０-6Ｐａ台に上昇する。一方真空室Ａ４，Ｂ５の圧力ＰA，ＰBは差動排気系が働き１０-8Ｐａ台を維持し、特に真空室Ａの圧力ＰAはガンバルブ７の開閉で変化が無かった。放出電流減衰時間τも図４，図５が示すようにバルブの開閉で変わらなかったことは、バルブ開閉が電子銃真空室Ａ４の電子源周辺の圧力に影響をほぼ及ぼさないことを裏付ける。
　なお、放出電流減衰時間τと圧力Ｐとの間には反比例関係があり、τ・Ｐは一定である（非特許文献３）。
　一方バルブ７の開閉は電流ノイズに大きな影響を与えた。図６が示すようにバルブ７を閉めた場合フラッシング後３時間から５時間で約１％であった電流ノイズが、バルブを開けると５％以上に５倍以上増えた。
　このことから、電流ノイズの増加の原因は、開口を通って電子源に吸着するこれらの分子であることがわかる。
　そこで、本発明では、電子源１と真空度の低い下流側の真空室Ｄ８の開口を結ぶ領域に障壁を設けた。これにより、真空度の低い下流側の真空室Ｄ８から開口を半角θ以内の角度で通るガス分子が電子源１に吸着するのを妨げ、電流ノイズを抑制することが可能となる。
　以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
　図１は、本発明の一実施例である超高真空電子銃の構成を示した概略図である。図２と同じ構成に対応するものには同じ番号を付している。本発明の超高真空電子銃は、電界放出電子源１と引出電極２の絞り３が配置される電子源光軸ＺＳ２３と前記開口Ｃ１４が配置される下流側光軸ＺＢ２４を有する。
　図１と図７（ａ）で示すように、本発明の電子銃は、電子源１と引出電極２の絞り３が配置される電子源光軸ＺＳ２３と開口Ｃ１４が配置される光軸ＺＢ２４が斜めに交差し、下流側の真空室８から開口Ｃ１４を通って電子銃に入るガス分子が直線進行で前記引出電極３を通過して電子源１に吸着できない。この場合、障壁となっているのは、引出電極２及び真空室Ａ４と真空室Ｂ５の間の仕切りである。
　図１と図７（ａ）で示すように、偏向器１５が電子源光軸ＺＳ２３と下流側光軸ＺＢ２４の交差地点に設けられる。電子線の偏向点２６は圧力が１０-7から１０-8Ｐａ台に維持する超高真空の真空室内にある。
　電子線を偏向させる偏向器１５は静電型とも磁界型でも良い。偏向器を真空室内部に配置する場合は、偏向器は超高真空対応であり、ベーキング等を行う。静電型の場合は偏向器１５が真空室内に配置され、ベーキング温度１００℃以上に耐えられるものを用いる。磁場レンズであれば、真空室Ｂ５や真空室Ｃ６の外側に配置することができるため、磁場レンズから発生するガスの問題がない。なお、磁界コイルは、電子銃に備えられるため、ベーキング温度１００℃以上の仕様に耐えられるものを用いることが望ましい。
　電子源１から出射された電子源光軸ＺＳ２３上の電子線は偏向器１５で偏向され、下流側光軸ＺＢ２４に軸合わせされる。
　図７（ｂ）では、電子源１と引出電極２の絞り３が配置される電子源光軸ＺＳ２３と開口Ｃ１４が配置される下流側光軸ＺＢ２４が平行であるが、偏向器１６及び偏向器１７により軸はずれている。そのため、真空室Ｄ８から開口Ｃ１４を通って電子銃に入るガス分子が直線進行で引出電極３を通過できない。この場合、障壁となっているのは、引出電極２である。
　図７（ｂ）で示すように、電子源１から出射された電子源光軸ＺＳ２３上の電子線は、上部の偏向器１６で電子源光軸ＺＳ２３外に偏向される。上記偏向された電子線は下部の偏向器１７により前記上部の偏向器１６による偏向方向と逆方向に同量だけ変更され、下流側光軸ＺＢ２４に軸合わせされる。
　軸のずらし量は、電子源１の先端から開口Ｃ１４を結ぶ領域に、引出電極２が存在する程度の大きさであれば本発明の目的は達成される。
　図７（ｃ）で示すように、本発明の超高真空電子銃は、電子源１と引出電極２の絞り３が配置される光軸ＺＳ２３と開口Ｃ１４が配置される光軸ＺＢ２４が一致するが、ＺＳ２３と光軸ＺＢ２４の延長上に、ガス分子が衝突するストッパ２２を設けている。これにより、下流側の真空室８から開口Ｃ１４を通って電子銃に入るガス分子が電子源１に吸着するのを防ぐことができる。この場合、障壁となっているのは、ストッパ２２である。
　図７（ｃ）で示すように、電子源１から出射された電子源光軸ＺＳ２３上の電子線は、偏向器１８及び偏向器１９で２回偏向されてストッパ２２を迂回し、偏向器２０による偏向で下流側光軸ＺＢ２４に軸合わせされる。
　ストッパ２２は、電子源１の先端から開口Ｃ１４を結ぶ領域に、ストッパ２２が存在する程度の大きさであれば本発明の目的は達成される。
　ストッパ２２は、本実施例のみならず、実施例１や実施例２でも用いることができる。
　上記の実施例１から３においても、電子線を偏向させる偏向器１５は静電型とも磁界型でも良い。偏向器を真空室内部に配置する場合は、偏向器は超高真空対応であり、ベーキング等を行う。静電型の場合は偏向器１５が真空室内に配置され、ベーキング温度１００℃以上に耐えられるものを用いる。磁場レンズであれば、真空室Ｂ５や真空室Ｃ６の外側に配置することができるため、磁場レンズから発生するガスの問題がない。なお、磁界コイルは、電子銃に備えられるため、ベーキング温度１００℃以上の仕様に耐えられるものを用いることが望ましい。
　また、実施例において、電流ノイズを発生させるガス分子の存在している場所は、真空室Ｄ８としているが、他に電流ノイズを発生させるガス分子が存在している真空室があれば、当該真空室が真空室Ｄ８に対応することになる。
　分子を遮る障壁として、グラフェンシートを用いた実施例を説明する。
　グラフェンシートは、炭素原子でできた薄いガーゼのような素材で、厚さが原子１個分から数個分程度の極めて薄い薄膜であり、引張強度においてもあらゆる素材の中で最も強いと知られている（非特許文献４，５）。
　グラフェンシートの表面は化学的に安定で、ガス分子が吸着しにくいため電子線による損傷が少ない。エネルギー数ｋｅＶの電子線を用いたグラフェンシートの走査電子顕微鏡像では、グラフェンシート下の物質が完全に透けて見える。これは低エネルギー電子線でもグラフェンシートを高い比率で透過することを示す。
　そこで、図８に示すように、電子源１と前記開口Ｃ１４の間に厚さ数ｎｍ以下のグラフェン膜２１を設けて、電子線は通過させるがガス分子の通過は妨げ、前記下流側の真空室Ｄ８からのガス分子が電子源１に到達するのを妨げるようにした。この場合、障壁となっているのは、グラフェンシートである。
　なお、当該グラフェンシートは、電子源１と電流ノイズを引き起こすガス分子が多く存在する真空室との間のいずれの位置でも電流ノイズ低減の効果がある。
　また、図２に本実施例のグラフェンシートを配置したり、実施例１から３に更に本実施例のグラフェンシートを配置することで、本願発明の効果を高めることができる。
　図９（ａ）の開口の大きさから図９（ｂ）のように変更することで、下流側の真空室から進行して電子源１に吸着するガス分子の数を減らすことができる。
　電子銃１には、時間経過に伴い真空室Ａ４に存在する水素分子等が吸着する。吸着した分子を飛ばすためにフラッシングを定期的に行う。このフラッシングの周期より、真空室Ｄ８に存在するガス分子の吸着により電流ノイズが発生するまでの時間が長ければ、電子線装置の安定的な稼動には問題が生じない。
　実験によれば、電子源１から見て、１０-6ステラジアン以下の立体角を持つ開口２５にすれば、上記目的が達成される。
　なお、真空室Ａ４に存在する水素分子吸着によるフラッシングの周期は、ガンバルブ７を閉じて電流ノイズが発生するまでの時間を比較対照とすればよい。
　また、下流側の真空室Ｄ８に存在するガス分子の数を減らすため、真空室Ｄ８を１００℃以上でベークすることもできる。また、下流側の真空室８の材料に電解複合研磨ステンレスや純クロム－酸化処理膜ステンレス等の低ガス放出材料を使用することにより、下流側の真空室の圧力を１０-6Ｐａ以下に維持し、下流側の真空室から進行して電子源１に吸着するガス分子の数を減らすことができる。
　さらに、電子ノイズを引き起こす分子を吸着する構造を、電子源１と真空室Ｄ８の間に配置することも考えられる。具体例として、ゲッターポンプを配置することが考えられる。
　本発明は、超高真空を必要とする電界放出型電子銃（特に、冷陰極電界放出型電子銃）やショットキー電子銃等の荷電粒子銃を備えた荷電粒子線装置に適用することが可能である。
１　電子源
２　引出電極
３　絞り
４　真空室Ａ
５　真空室Ｂ
６　真空室Ｃ
７　ガンバルブ
８　真空室Ｄ
９，１０，１１　イオンポンプ
１２　開口Ａ
１３　開口Ｂ
１４　開口Ｃ
１６，１７，１８，１９，２０　偏向器
２１　グラフェンシート
２２　ストッパ
２３　電子源光軸
２４　下流側光軸
２５　開口
２６　電子線の偏向点

Claims (11)

  1. 　荷電粒子源と、荷電粒子源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、を有し、
    　内部を排気するポンプに接続された荷電粒子銃であって、
    　当該荷電粒子銃は、前記荷電粒子線を通す開口を有し、
    　前記荷電粒子源と当該開口を結ぶ領域に、障壁を設けることを特徴とする荷電粒子銃。
  2. 　請求項１の荷電粒子銃において、
    　前記障壁は、前記開口部から流入するガス分子が前記荷電粒子源に吸着することを妨げることを特徴とする荷電粒子銃。
  3. 　請求項１の荷電粒子銃において、
    　前記障壁は、前記引出電極であることを特徴とする荷電粒子銃。
  4. 　請求項３の荷電粒子銃において、
    　前記荷電粒子源の方向は、前記開口の法線に対し傾斜しており、
    　前記荷電粒子銃は、前記荷電粒子線を偏向する偏向器を備え、
    　前記荷電粒子源から放出された荷電粒子線は前記偏向器で偏向され前記開口を通過することを特徴とする荷電粒子銃。
  5. 　請求項３の荷電粒子銃において、
    　前記荷電粒子銃は、前記荷電粒子線を偏向する複数の偏向器を備え、
    　前記荷電粒子線は、当該複数の偏向器により偏向されることを特徴とする荷電粒子銃。
  6. 　請求項１の荷電粒子銃において、
    　前記荷電粒子銃は、前記荷電粒子線を偏向する複数の偏向器を備え、
    　当該複数の偏向器の間に前記障壁を設けることを特徴とする荷電粒子銃。
  7. 　請求項１の荷電粒子銃において、
    　前記障壁は、グラフェン膜であることを特徴とする荷電粒子銃。
  8. 　請求項１の荷電粒子銃において、
    　当該荷電粒子銃内部は、ベーキングされ、かつ前記ポンプにより、真空度が１０-7Ｐａから１０-8Ｐａに保たれていることを特徴とする荷電粒子銃。
  9. 　荷電粒子源と、荷電粒子源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、を有し、
    　内部を排気するポンプに接続された荷電粒子銃であって、
    　当該荷電粒子銃は、前記荷電粒子線を通す開口及び当該開口を塞ぐバルブを有し、
    　当該開口の大きさは、前記荷電粒子源から見て、１０-6ステラジアン以下の大きさであることを特徴とする荷電粒子銃。
  10. 　荷電粒子源と、荷電粒子源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、を有し、
    　内部を排気するポンプに接続された荷電粒子銃が搭載された荷電粒子線装置であって、
    　当該荷電粒子銃は、前記荷電粒子線を通す開口を有し、
    　前記荷電粒子源と当該開口を結ぶ領域に、障壁を設けることを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 　荷電粒子源と、荷電粒子源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、を有し、
    　内部を排気するポンプに接続された荷電粒子銃が搭載された荷電粒子線装置であって、
    　当該荷電粒子銃は、前記荷電粒子線を通す開口を有し、
    　当該荷電粒子銃外部は、電解複合研磨ステンレスや純クロム－酸化処理膜ステンレスで構成されることを特徴とする荷電粒子線装置。
PCT/JP2010/003892 2009-06-30 2010-06-11 荷電粒子銃及び荷電粒子線装置 WO2011001611A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/381,343 US20120104272A1 (en) 2009-06-30 2010-06-11 Charged particle gun and charged particle beam device
DE112010002767T DE112010002767T5 (de) 2009-06-30 2010-06-11 Kanone für geladene Teilchen und Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009154532A JP2011014244A (ja) 2009-06-30 2009-06-30 荷電粒子銃及び荷電粒子線装置
JP2009-154532 2009-06-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011001611A1 true WO2011001611A1 (ja) 2011-01-06

Family

ID=43410702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/003892 WO2011001611A1 (ja) 2009-06-30 2010-06-11 荷電粒子銃及び荷電粒子線装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20120104272A1 (ja)
JP (1) JP2011014244A (ja)
DE (1) DE112010002767T5 (ja)
WO (1) WO2011001611A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019057387A (ja) * 2017-09-20 2019-04-11 浜松ホトニクス株式会社 電子放出管、電子照射装置及び電子放出管の製造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5455700B2 (ja) * 2010-02-18 2014-03-26 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電界放出電子銃及びその制御方法
JP6364167B2 (ja) * 2013-09-30 2018-07-25 株式会社日立ハイテクノロジーズ 環境制御型荷電粒子観察システム
US10566168B1 (en) * 2018-08-10 2020-02-18 John Bennett Low voltage electron transparent pellicle
WO2023248272A1 (ja) * 2022-06-20 2023-12-28 株式会社日立ハイテク 電子顕微鏡およびその画像撮影方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50112241A (ja) * 1973-11-15 1975-09-03
JPH06333525A (ja) * 1993-05-21 1994-12-02 Beam Tec:Kk 荷電粒子線照射装置
JPH1055773A (ja) * 1997-06-05 1998-02-24 Hitachi Ltd 荷電粒子線装置
JP2000195454A (ja) * 1998-12-28 2000-07-14 Hitachi Ltd 電子線装置
JP2002243898A (ja) * 2001-02-13 2002-08-28 Ebara Corp ビーム取り出し装置
JP2007080667A (ja) * 2005-09-14 2007-03-29 Hitachi High-Technologies Corp 電子線装置およびその制御方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3287735A (en) * 1962-08-28 1966-11-22 Gen Electric Radiant energy apparatus
JP2001242300A (ja) * 2000-03-02 2001-09-07 Sony Corp 電子ビーム照射装置
TW200711995A (en) * 2005-09-05 2007-04-01 Ideal Star Inc Fullerene or nanotube, and method for producing fullerene or nanotube
EP1798751A1 (en) * 2005-12-13 2007-06-20 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Protecting aperture for charged particle emitter
JP4205122B2 (ja) * 2006-07-19 2009-01-07 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線加工装置
US8471444B2 (en) * 2008-09-15 2013-06-25 Photonis Netherlands B.V. Ion barrier membrane for use in a vacuum tube using electron multiplying, an electron multiplying structure for use in a vacuum tube using electron multiplying as well as a vacuum tube using electron multiplying provided with such an electron multiplying structure

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50112241A (ja) * 1973-11-15 1975-09-03
JPH06333525A (ja) * 1993-05-21 1994-12-02 Beam Tec:Kk 荷電粒子線照射装置
JPH1055773A (ja) * 1997-06-05 1998-02-24 Hitachi Ltd 荷電粒子線装置
JP2000195454A (ja) * 1998-12-28 2000-07-14 Hitachi Ltd 電子線装置
JP2002243898A (ja) * 2001-02-13 2002-08-28 Ebara Corp ビーム取り出し装置
JP2007080667A (ja) * 2005-09-14 2007-03-29 Hitachi High-Technologies Corp 電子線装置およびその制御方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019057387A (ja) * 2017-09-20 2019-04-11 浜松ホトニクス株式会社 電子放出管、電子照射装置及び電子放出管の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20120104272A1 (en) 2012-05-03
JP2011014244A (ja) 2011-01-20
DE112010002767T5 (de) 2012-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1936653B1 (en) Gas field ion source for multiple applications
WO2011001611A1 (ja) 荷電粒子銃及び荷電粒子線装置
US7968855B2 (en) Dual mode gas field ion source
KR101589426B1 (ko) 하전 입자선 장치, 하전 입자선 장치의 조정 방법, 및 시료의 검사 또는 시료의 관찰 방법
WO2011096227A1 (ja) 荷電粒子顕微鏡及びイオン顕微鏡
JP6283423B2 (ja) 走査電子顕微鏡
JP2013020918A (ja) 荷電粒子線装置
JP5853122B2 (ja) 荷電粒子線装置
JP2008262886A (ja) 走査型電子顕微鏡装置
WO2014132758A1 (ja) オービトロンポンプ、およびオービトロンポンプを用いた電子線装置
JP4988308B2 (ja) ガス増幅形検出器およびそれを用いた電子線応用装置
WO2013084651A1 (ja) 走査イオン顕微鏡および二次粒子制御方法
WO2011092757A1 (ja) 荷電粒子線装置
US10455683B2 (en) Ion throughput pump and method
KR20180117527A (ko) 이온 빔 장치
JP4597077B2 (ja) 走査電子顕微鏡
JP2013201143A (ja) 荷電粒子銃及び荷電粒子線装置
JP6174054B2 (ja) オービトロンポンプ、およびオービトロンポンプを備えた電子線装置
US20240062989A1 (en) Device for imaging and processing a sample using a focused particle beam
WO2015019665A1 (ja) ナノチップとガス供給機構を備える荷電粒子線装置
WO2015115000A1 (ja) オービトロンポンプを備えた電子線装置、およびその電子線照射方法
Katagiri et al. Miniaturized electron gun for high-resolution scanning electron microscope using non-evaporable getter pumps

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10793787

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13381343

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120100027676

Country of ref document: DE

Ref document number: 112010002767

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10793787

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1