JP2000306535A - 荷電粒子発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 碍子上に電子または正イオンが帯電して放電
するのを防止する。 【解決手段】 引き出し電極４にシール板２１を取付
け、これにより引き出し電極４と陽極５間の電界が引き
出し電極４の真空引き用穴８からウエネルト電極３と引
き出し電極４間の空間に漏れるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム露光装
置、走査型電子顕微鏡等に用いられる電子銃に適用して
好適な荷電粒子発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム露光装置、走査型電子顕微鏡
等に用いられる従来の電子銃の構造としては、図６およ
び図７に示すものが知られている。この電子銃１は、電
子９を放出するエミッタ２と、ウエネルト電極３と、前
記電子９を加速する引き出し電極４および陽極５と、前
記引き出し電極４と前記陽極５との間を電気的に絶縁す
る碍子６等を備え、加速電圧１００ｋＶで電子９を放出
するように構成されている。

【０００３】前記エミッタ２はＬａＢ₆ 、ＺｒＷ等によ
って形成されている。前記引き出し電極４は、ウエネル
ト電極３と陽極５との間に、これらの中心線と光軸１０
が一致するように配置され、外周部４ａが碍子６を介し
て陽極５に固定され、外周部４ａと中心部４ｂとを４本
の連結部４ｃによって連結し、隣り合う連結部４ｃ間で
扇形の真空引き用穴８を形成している。陽極５の中心穴
５ａには、直径５００μｍφ程度のビーム制限アパーチ
ャ７が形成されている。

【０００４】このような電子銃１において、エミッタ２
の電位を基準にして、ウエネルト電極３には約−１ｋ
Ｖ、引き出し電極４には１０ｋＶ、陽極５には１００ｋ
Ｖの電圧がそれぞれ印加されている。エミッタ２から放
出された電子９は、引き出し電極３によってｌ０ｋＶに
加速され、さらに陽極５によって１００ｋＶに加速され
た後、ビーム制限アパーチャ７を通過する。このビーム
制限アパーチャ７を通過した電子９は、電子ビームとし
て電子銃１の外部に放出されて所期の目的に利用され
る。

【０００５】上記した従来の電子銃１において、エミッ
タ２から放出された電子９の一部は引き出し電極４の中
心部４ｂの上面および中心孔１１の内壁面に衝突する。
これにより衝突した電子と同じエネルギーをもつ反射電
子が引き出し電極４から発生する。この反射電子は、真
空引き用穴８を通って碍子６に到達し、その間に引き出
し電極４および陽極５と衝突を繰り返す。

【０００６】図８は、引き出し電極４から放出された反
射電子の軌道を電子軌道追跡プログラムで計算した結果
を示す図である。Ｏは計算で仮定した反射電子の出発点
で、この出発点Ｏの位置は中心孔１１のウエネルト電極
３と対向する開口付近とされる。１２ａ〜１２ｄは出発
点Ｏから初期エネルギー１０ｋｅＶで出た反射電子の軌
道、１３は等電位線である。反射電子１２ａ〜１２ｄの
出発角は、光軸１０に対してそれぞれ２０度、４０度、
６０度、８０度である。角度４０度で出発した反射電子
１２ｃは引き出し電極４の上面に２回衝突した後、上面
の外周縁１４に到達する。

【０００７】図９は、引き出し電極４の外周縁１４から
放出された反射電子の軌道計算結果を示す図である。１
５は等電位線、１６ａ〜１６ｆは前記外周縁１４から初
期エネルギー１０ｋｅＶで出た反射電子の軌道である。
反射電子１６ａ〜１６ｆの出発角は、光軸１０に対して
それぞれ６０度、６５度、７０度、７５度、８０度、８
５度である。角度７５度〜８５度で出発した反射電子１
６ｄ〜１６ｆは、引き出し電極４の真空引き用穴８を通
り陽極５上の点１７ａ〜１７ｃにそれぞれ到達する。

【０００８】図１０は、陽極５上の点１７ｂから放出さ
れた反射電子の軌道計算結果を示す図である。１８ａ〜
１８ｑは点１７ｂから初期エネルギー１００ｋｅＶで出
た反射電子の軌道である。反射電子１８ａ〜１８ｑの出
発角は、光軸１０に対してそれぞれ−８０度、−７０
度、−６０度、−５０度、−４０度、−３０度、−２０
度、−１０度、０度、１０度、２０度、３０度、４０
度、５０度、６０度、７０度、８０度である。角度３０
度〜５０度で出発した反射電子１８ｌ〜１８ｎは、碍子
６に到達する。

【０００９】このように従来の電子銃１においては、図
９の等電位線１５の形からわかるように電子を陽極５方
向へ引き寄せる電界が、引き出し電極３の真空引き用穴
８からウエネルト電極３の方向へ漏れ出している。ま
た、図８から図１０の電子軌道計算結果からは、ウエネ
ルト電極３と引き出し電極４との間の空間に存在する反
射電子が、前記漏れ電界により陽極５に引き寄せられ、
陽極５から新たな反射電子を発生させている。そして、
陽極５から発生した反射電子は碍子６に到達して帯電す
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
電子銃においては、引き出し電極４から放出された反射
電子が引き出し電極４および陽極５に衝突した後、碍子
６に到達する。この反射電子の衝突により、碍子６から
２次電子（後方散乱電子を含む）が放出される。碍子６
への反射電子の入射と、碍子６からの２次電子の放出の
バランスにより、碍子６上に電子または正イオンが帯電
する。しかし、この帯電した電荷は周期的に放電し、電
子銃内の真空度を劣化させるため、電子銃のビーム放出
特性が不安定になるという問題があった。

【００１１】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、碍子上
に電子または正イオンが帯電して放電するのを防止する
ことにより装置内の真空度を良好に維持し、安定したビ
ーム放出特性を得ることができるようにした荷電粒子発
生装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明は、荷電粒子を放出するエミッタと、前記
荷電粒子を加速する引き出し電極および陽極と、前記引
き出し電極と前記陽極を電気的に絶縁する碍子とを備え
た荷電粒子発生装置において、前記エミッタと前記引き
出し電極との間の空間に電界漏洩防止用のシールド板を
設けたことを特徴とする。

【００１３】第２の発明は、上記第１の発明において、
シールド板を金属板によって円板状に形成し、引き出し
電極に設けたことを特徴とする。

【００１４】第３の発明は、上記第１の発明において、
シールド板をメッシュ状に形成し、引き出し電極の真空
引き用穴内に設けたことを特徴とする。

【００１５】本発明において、シールド板により、引き
出し電極と陽極間の電界が引き出し電極の真空引き用穴
からエミッタと引き出し電極間の空間に漏れない。これ
により、エミッタと引き出し電極との間の空間に存在す
る反射電子は、漏れ電界により陽極に引き寄せられるこ
とがない。したがって、陽極から新たな反射電子が発生
して碍子に帯電するおそれがなく、放電を防止すること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る荷
電粒子発生装置の一実施の形態を示す断面図である。本
実施の形態においては、電子ビーム露光装置等に用いる
１００ｋＶ電子銃に適用した例を示す。また、図中従来
技術の欄で示した構成部材と同一のものについては同一
符号をもって示し、その説明を適宜省略する。

【００１７】図１において、電子銃は、エミッタ２、ウ
エネルト電極３、引き出し電極４、陽極５および碍子６
を備えている点で上記した従来の電子銃と同じである
が、ウエネルト電極３と引き出し電極４との間にシール
ド板２１を配置している点で特徴がある。

【００１８】前記シールド板２１は、ステンレス、チタ
ン等の導電材料によって円板状に形成され、外周部にウ
エネルト電極３の下端部を取り囲む円筒部２１ａを一体
に有し、引き出し電極４の中心部４ｂの小径部４ｄに嵌
着されている。このようなシールド板２１を設けると、
引き出し電極４と陽極５間の電界が引き出し電極４の真
空引き用穴８からウエネルト電極３と引き出し電極４間
の空間に漏れるのを防止することができる。これによ
り、ウエネルト電極３と引き出し電極４との間の空間に
存在する反射電子は、漏れ電界により陽極５に引き寄せ
られることがない。したがって、陽極５から新たな反射
電子が発生して碍子６に帯電するおそれがなく、帯電に
よる放電を防止することができる。

【００１９】図２は、引き出し電極４から放出された反
射電子の軌道を電子軌道追跡プログラムで計算した結果
を示す図である。２３は計算で仮定した反射電子の出発
点、２４〜２７は、出発点２３から初期エネルギー１０
ｋｅＶで出た反射電子の軌道を示し、２８は等電位線を
示す。反射電子２４〜２７の出発角は、光軸１０に対し
てそれぞれ２０度、４０度、６０度、８０度である。等
電位線２８は、シールド板２１の働きにより従来の電子
銃の等電位線１３（図８参照）に比べて、電子を陽極５
方向に進ませない形になっている。角度４０度および６
０度で出発した反射電子２５，２６は、引き出し電極４
とシールド板２１にそれぞれ３回衝突した後、引き出し
電極４の外周部４ａ上の点２９，３０にそれぞれ到達し
反射電子を放出する。

【００２０】図３は、引き出し電極４の点２９から放出
された反射電子の軌道計算結果を示す図である。３１〜
３９は、点２９から初期エネルギー１０ｋｅＶで出た反
射電子の軌道を示し、４１は等電位線を示す。反射電子
３１〜３９の出発角は、光軸１０に対してそれぞれ９０
度、８０度、７０度、６０度、５０度、４０度、３０
度、２０度、１０度である。反射電子３１〜３９は、全
て引き出し電極４およびシールド板２１に衝突する。す
なわち、出発点２３から出た反射電子は、引き出し電極
４およびシールド板２１に５回衝突しても碍子６には到
達しない。

【００２１】このような計算結果から、本発明の第１の
実施の形態である電子銃においては、碍子６に到達して
帯電する反射電子の数を大幅に低減することができる。
したがって、碍子６上で放電するおそれがなく、電子銃
内の真空度を良好に維持することができ、安定したビー
ム放出特性を得ることができる。

【００２２】図４は本発明の第２の実施の形態である電
子銃の断面図、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。こ
れらの図において、４４はシールド板で、このシールド
板４４以外は、図１に示した第１の実施の形態と同じ構
造である。

【００２３】前記シールド板４４はステンレス、チタン
等の導電材料によってメッシュ状に形成されており、引
き出し電極４の真空引き用穴８内に設置されている。こ
れにより、陽極５方向へ電子を引き寄せる電界が真空引
き用穴８より上方の空間に漏れ出るのを防止することが
できる。したがって、碍子６に反射電子が到達して帯電
するおそれがなく、上記した実施の形態と同様に安定し
たビーム放出特性を得ることができる。

【００２４】なお、上記した実施の形態においては、エ
ミッタ２から放出される荷電粒子が電子の場合について
説明したが、ガリウムイオン等の電子以外の荷電粒子の
場合にも本発明は適用することができる。また、本発明
はウエネルト電極３を備えた電子銃に適用した例を示し
たが、ウエネルト電極３を備えない電子銃であってもよ
い。さらに、本発明は碍子６の個数が１個である場合を
示したが、碍子６の個数が２個以上であってもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る荷電粒
子発生装置においては、引き出し電極と陽極の電位差に
より生じる電界が、エミッタと対向する引き出し電極付
近の空間に漏れ出さないようにシールド板を設置したの
で、引き出し電極から放出され碍子に帯電する反射電子
の数を大幅に低減することができる。したがって、碍子
上での放電を確実に防止することができ、ビームの放出
特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る荷電粒子発生装置の一実施の形
態を示す断面図である。

【図２】 引き出し電極から放出された反射電子の軌道
の計算結果を示す図である。

【図３】 反射電子の軌道計算結果を示す図である。

【図４】 本発明の他の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図５】 図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】 従来の荷電粒子発生装置の断面図である。

【図７】 図６のVII −VII 線断面図である。

【図８】 従来の荷電粒子発生装置内の反射電子軌道の
計算結果を示す図である。

【図９】 従来の荷電粒子発生装置内の反射電子軌道の
計算結果を示す図である。

【図１０】 従来の荷電粒子発生装置内の反射電子軌道
の計算結果を示す図である。

【符号の説明】

２…エミッタ、３…ウエネルト電極、４…引き出し電
極、５…陽極、６…碍子、７…ビーム制限アパーチャ、
８…真空引き用穴、９…エミッタから放出される電子、
１０…光軸、２１…シールド板、４４…シールド板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子を放出するエミッタと、前記荷
   電粒子を加速する引き出し電極および陽極と、前記引き
   出し電極と前記陽極を電気的に絶縁する碍子とを備えた
   荷電粒子発生装置において、 前記エミッタと前記引き出し電極との間の空間に電界漏
   洩防止用のシールド板を設けたことを特徴とする荷電粒
   子発生装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の荷電粒子発生装置におい
   て、 シールド板を金属板によって円板状に形成し、引き出し
   電極に設けたことを特徴とする荷電粒子発生装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の荷電粒子発生装置におい
   て、 シールド板をメッシュ状に形成し、引き出し電極の真空
   引き用穴内に設けたことを特徴とする荷電粒子発生装
   置。