CS255723B1

CS255723B1 - Universal autoimmune nozzle for electron optical equipment

Info

Publication number: CS255723B1
Application number: CS865720A
Authority: CS
Inventors: Armin Delong; Vladimir Kolarik; Jaroslav Chmelik; Jiri Komurka; Bohumila Lencova
Original assignee: Armin Delong; Vladimir Kolarik; Jaroslav Chmelik; Jiri Komurka; Bohumila Lencova
Priority date: 1986-07-31
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 1988-03-15
Also published as: CS572086A1

Abstract

Univerzální autoemianí,tryska je určena zejména pro elektronové mikroskopy, analyzátory a litografické přístroje. Její podstatou je, že autoemianí^katoda trysky je uspořádána uprostřed děleného magnetického obvpdu elektronové čočky, a to mezi horním polovým nástavcem zakončeným stínící elektrodou a mezi dolním polovým nástavcem zakončeným extrakční elektrodou, který je elektricky izolovaný cd děleného magnetického obvodu, zakončeného spodní stínící elektrodou, pod kterou je umístěna anoda.The universal auto-emission nozzle is intended especially for electron microscopes, analyzers and lithographic devices. Its essence is that the auto-emission cathode of the nozzle is arranged in the middle of the divided magnetic circuit of the electron lens, namely between the upper field extension terminated by a shielding electrode and between the lower field extension terminated by an extraction electrode, which is electrically insulated from the divided magnetic circuit terminated by a lower shielding electrode, under which the anode is placed.

Description

Vynález se týká univerzální autoemisní trysky pro elektronově optické zařízení různého typu.The invention relates to a universal auto-emission nozzle for electron optical devices of various types.

Jednou z hlavních součástí elektronově optických přístrojů je elektronová tryska. Jako zvlášt výhodné se ukazuje používání trysek s autoemisními elektronovými zdroji pro vysoký jas, kterým se tyto zdroje vyznačují. Úkolem elektronové trysky je vytvořit na povrchu elektronového zdroje - katody dostatečně vysoké elektrostatické pole k extrakci elektronů a dále urychlit takto získané elektrony na požadovanou energii. Ukazuje se, že vady urychlovacího pole zvyšují virtuální velikost elektronového zdroje a tím snižují jas. Z tohoto důvodu je výhodné snížit vady urychlovacího pole tím, že elektronový svazek protíná osu ve středu čočky, kterou toto pole vytváří. K tomu slouží elektrostatická nebo magnetická čočka na extrakčním potenciálu. Tato konstrukce je vytvořena tak, že pod hrotovou autoemisní katodou je umístěna magnetická čočka na extrakčním potenciálu a tato čočka vytváří křižiště ve středu urychlovacího pole, které je pod touto čočkou. Nevýhodou tohoto řešení je, že neumožňuje použití katody, která se vyznačuje zvlášt vysokým jasem a nízkým šumem. Tento zdroj elektronů totiž vyžaduje použití stínící elektrody, která potlačuje elektronový proud z nosné vlásenky. Podle dosavadní konstrukce nelze katodu umístit vně magnetického pole čočky.One of the main components of electron optical devices is the electron gun. The use of nozzles with auto-emission electron sources for the high luminance which characterizes these sources proves to be particularly advantageous. The task of the electron gun is to create a sufficiently high electrostatic field on the surface of the electron source - cathode to extract electrons and further accelerate the electrons thus obtained to the required energy. Acceleration field defects appear to increase the virtual size of the electron source and thereby reduce brightness. For this reason, it is advantageous to reduce defects in the acceleration field by intersecting the axis at the center of the lens produced by the electron beam. An electrostatic or magnetic lens at the extraction potential serves for this purpose. This structure is formed by placing a magnetic lens at the extraction potential below the apex auto-emission cathode, and the lens forms a crossover at the center of the acceleration field that is below the lens. The disadvantage of this solution is that it does not allow the use of a cathode characterized by particularly high brightness and low noise. Indeed, this electron source requires the use of a shielding electrode that suppresses the electron current from the carrier hairpin. According to the prior art, the cathode cannot be placed outside the magnetic field of the lens.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje univerzální autoemisní tryska pro elektronově optické přístroje, jejíž podstatou je, že autoemisní katoda trysky je uspořádána uprostřed děleného magnetického obvodu elektronové čočky, a to mezi horním pólovým nástavcem zakončeným stínící elektrodou a mezi dolnímThese previous drawbacks are eliminated by the universal autoemission nozzle for electron optical devices, which is based on the fact that the autoemission cathode of the nozzle is arranged in the middle of the divided magnetic circuit of the electron lens, between the upper pole piece terminated by the shielding electrode and

255 723 pólovým nástavcem zakončeným extrakční elektrodou, který je elektricky izolovaný od děleného magnetického obvodu, zakončeného spodní stínící elektrodou, pod kterou je umístěna anoda.255 723 with a pole piece terminated by an extraction electrode, which is electrically isolated from a split magnetic circuit, terminated by a lower shielding electrode below which the anode is located.

Hlavní předností elektronové trysky této konstrukce je to, že optimálně využívá možností, které poskytuje použití autoemisních elektronových zdrojů s katodou se zvlášť vysokým jasem a nízkým šumem. Urychlovací pole v důsledku toho, že svazek prochází středem čočky, kterou toto pole vytváří, má tak malé zobrazovací vady, že podstatnou měrou nesnižuje jas zdroje elektronů. Zobrazovací vady vlastní elektronové magnetické čočky jsou výrazně sníženy oproti dosavadním používaným řešením zanořením katody do magnetického pole mezi pólovými nástavci. Systém je obklopen elektrodou na potenciále katody, která tuto chrání před výbojem vysokého napětí proti anodě.The main advantage of the electron gun of this design is that it optimally utilizes the possibilities provided by the use of cathode autoemission electron sources with particularly high brightness and low noise. The acceleration field, due to the beam passing through the center of the lens it creates, has such small imaging defects that it does not substantially reduce the brightness of the electron source. The imaging defects of the electron magnetic lens itself are significantly reduced compared to the prior art solutions by immersing the cathode into the magnetic field between the pole pieces. The system is surrounded by an electrode at the potential of the cathode, which protects it from high voltage discharge against the anode.

Vynález blíže objasní na přiloženém výkresu schematický řez univerzální autoemisní trysky a její spojení se zdroji proudů a napětí.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in greater detail in the accompanying drawing, in a schematic cross-sectional view of a universal auto-emission nozzle and its connection to current and voltage sources.

Hlavní těleso trysky je tvořeno děleným magnetickým obvodem obsahujícím budicí vinutí 13. Dělený magnetický obvod J. je na stejném potenciále jako vlastní autoemisní katoda 10, která je spojena se zdrojem % žhavícího proudu umístěným na vysokém potenciále zdroje 11 vysokého napětí, určujícího pracovní napětí trysky. S děleným magnetickým obvodem je vodivě spojena ochranná elektroda (^zajišťující ochranu autoemisní katody 10 proti zničení výbojem mezi zdrojem 11 vysokého napětí a zemním potenciálem, který je aplikován na anodě 2.· Budicí vinutí 13 je spojeno se zdrojem 8 budicího proudu, rovněž umístěným na potenciále zdroje 11 vysokého napětí. Dělený magnetický obvod J, je uzavřen dolním pólovým nástavcem £, který je vyroben z magnetického materiálu a připojen na kladný pól zdroje 12 extrakčního napětí, který je rovněž umístěn na potenciále zdroje 11 vysokého napětí. Dolní pólový nástavec 2 j^e izolován od vlastního děleného magnetického obvodu J_· Tím umožňuje aplikovat extrakční napětí mezi autoemisní katodou 10 a extrakční elektrodou která je vyrobenaThe main body of the nozzle is formed by a split magnetic circuit comprising an excitation winding 13. The split magnetic circuit J is at the same potential as the autoemission cathode 10, which is coupled to a glow current source located at the high potential of the high voltage source 11 determining the operating voltage of the nozzle. A protective electrode (4) is conductively coupled to the split magnetic circuit to protect the autoemission cathode 10 against the destruction of the discharge between the high voltage source 11 and the ground potential applied to the anode 2. The excitation winding 13 is connected to the excitation current source 8 also potential of the high voltage source 11. The split magnetic circuit 11 is closed by a lower pole piece 6, which is made of magnetic material and connected to the positive pole of the extraction voltage source 12, which is also located at the potential of the high voltage source 11. ^e is isolated from the actual split magnetic circuit j · This allows applying an extraction voltage between the field emission cathode and the extraction electrode 10 which is made

255 723 z nemagnetického materiálu a umístěna v otvoru dolního pólového nástavce 2· Horní pólový nástavec 4, řovněž vyrobený z magnetického materiálu, uzavírá vlastní magnetický obvod čočky a definuje její mezemi. Horní pólový nástavec £ je vodivě spojen s potenciálem autoemisní katody 10 a děleného magnetického obvodu JL V otvoru horního pólového nástavce 4 je umístěna stínící elektroda 2, vyrobená z nemagnetického materiálu a zabraňující průniku nežádoucích termoemieních elektronů do oblasti extrakce, a tím do vlastního elektronového svazku. Celý komplex trysky je umístěn izolovaně od ostatní Části elektronově optického přístroje. Konstrukční řešení univerzální autoemisní trysky, uspořádané hrotem bezprostředně mezi pólovými nástavci elektronové čočky, umožňuje za provozu elektronově optického přístroje pracovat s elektrony o energiích od několika jednotek elektronvoltů až do stovek kiloelektronvoltů.255 723 of non-magnetic material and located in the opening of the lower pole piece 2 · The upper pole piece 4, also made of magnetic material, closes the magnetic circuit of the lens and defines its limits. The top pole piece 4 is conductively coupled to the potential of the auto-emission cathode 10 and the split magnetic circuit 11. In the opening of the top pole piece 4 there is a shielding electrode 2 made of nonmagnetic material. The entire nozzle complex is located isolated from the rest of the electron optical device. The design of the universal auto-emission nozzle, arranged directly between the pole pieces of the electron lens, enables the electron-optical device to operate with electrons of energy from several electron volts to hundreds of kiloelectron volts during operation.

Nažhavením autoemisní katody 10 ze zdroje 2 žhavícího proudu a vybuzením děleného magnetického obvodu JJ budicím vinutím 12 ze zdroje 8 budicího proudu a připojením napětí ze zdroje 12 extrakčního napětí na dolní pólový nástavec 2, vodivě spojený s extrakční elektrodou J dojde k emisi elektronů. Emitované elektrony jsou nejprve urychleny v poli mezi autoemisní katodou 10 a extrakční elektrodou J,a současně fokusovány magnetickou čočkou, vznikájící mezi horním a dolním pólovým nástavcem 4, J. Elektrony jsou zfokusovány do oblasti mezi ochrannou elektrodou 6 a anodou J, kde vytvoří reálný obraz autoemisní katody JO. V této oblasti dojde ke konečnému urychlení na pracovní energii podle napětí zdroje 11 vysokého napětí, připojeného k autoemisní katodě 10 a ochranné elektrodě 6, která současně chrání autoemisní katodu 10 před zničením výbojem mezi zemicí elektrodou, resp. anodou J, tím, že vytváří v okolí autoemisní katody 10 ekvipotencionální prostor.By firing the auto-emission cathode 10 from the glow current source 2 and energizing the split magnetic circuit 11 by the excitation winding 12 from the excitation current source 8 and applying voltage from the extraction voltage source 12 to the lower pole piece 2, conductively connected to the extraction electrode J. The emitted electrons are first accelerated in the field between the autoemission cathode 10 and the extraction electrode J, and at the same time focused by the magnetic lens formed between the upper and lower pole pieces 4, J. The electrons are focussed in the region between the protective electrode 6 and the anode J to create a real image auto-emission cathode JO. In this area, ultimate acceleration to working energy will occur according to the voltage of the high voltage source 11 connected to the auto-emission cathode 10 and the protective electrode 6, which at the same time protect the auto-emission cathode 10 from destruction by discharge between the ground electrode and the electrode. anode J, by creating an equipotential space around the autoemission cathode.

Univerzální autoemisní tryska je určena zejména pro elektronové mikroskopy, analyzátory a litografické přístroje.Universal auto-emission nozzle is designed especially for electron microscopes, analyzers and lithographic instruments.

PŘEDMĚT VYNALEZUOBJECT OF THE INVENTION

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

255 723

Universal autoemission nozzle for electron-optical 2aKz0U _t characterized in that the autoemission nozzle cathode (10) is arranged in the middle of a split electron lens magnetic circuit (1) between the upper pole piece (4) terminated by the shielding electrode (2) and between the lower pole piece. a strike (5) terminated by an extraction electrode (3), which is electrically isolated from a split magnetic circuit (1) terminated by a lower shielding electrode (6) below which the anode (7) is placed.