JPH0315295B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子または陽イオンを放出する電界
放出形銃、特に、実際に使用されるビームの部分
における電流を正確に測定しかつ制御するためお
よびビーム雑音を補償するために制御電極に供給
される補正信号を形成するための回路装置に関す
る。

電界放出のために使用される高真空室内の尖つ
た電界放出源の汚れおよび腐食によつて惹起され
る雑音の結果として、電界放出形銃からの電子ま
たはイオンビーム電流は変動する。この種の銃を
正確にするためには、このフリツカ雑音は使用さ
れるビームの部分においては取除かれるかまたは
大幅に低減されなければならない。この固有の雑
音は、陰極材料を浄化しかつ作動条件を改善する
ことによつてある程度低減することができる。さ
らに適当なビーム電流を測定できかつビームの非
集束およびずれに関連した２次的な作用を回避で
きるならば、フイードバツク技術を使用すること
によつて、このフリツカ雑音を低減または抑圧す
ることができる。

フイードバツク技術手段の使用による電界放出
電流の安定化には、ビーム電流を正確に測定する
ことが必要である。大抵の電界電子放出銃装置に
おいては実際には電子ビームのほんの僅かな部分
しか使用されずかつこの僅かな部分は、陰極近傍
に位置せられた加速電極の中央の小さな開口を通
りかつ放出されたビーム路において陽極電位にあ
る試料に到達せられる。その際放出されたビーム
が一様かつ一定の電子密度を有していれば、ビー
ム電流の測定は、陰極に電界を発生するこの抽出
電極上の電流をサンプリングすることによつて行
うことができる。しかし不都合なことに、分配雑
音として知られている効果のため、全体の放出電
流における雑音は加速陽極の開口を通過するビー
ムにおける雑音とは異なつてくるので、その結果
フイードバツク雑音補償を実現するために電流測
定は、電界にさらされた実際の試料に衝突するビ
ームで行わなければならない。

ビームを通した分配雑音の問題を考慮した複数
の公知の装置では、電流測定を行うことができる
環状のコレクタが使用される。これらの装置にお
けるコレクタには、放出されたビームの中央の部
分を通し、かつそこからビーム電流をサンプリグ
して取り出すための小さな中央の開口が設けられ
ている。例えば米国特許第3925706号明細書にお
いて記載されているような別の公知の装置では実
際に、陽極で使用される全部のビーム電流を測定
し、かつ測定された値を陽極近傍の制御電極に供
給されるフイードバツク信号を形成するために使
用する。この公知の方法では陽極に受取られたビ
ーム電流の測定が行われるが、測定された電流を
いつも同時に使用できるとは限らず、従つて陰極
でのビームに適切な制御を行うことができない。
更に基準陽極電位またはその付近で行われる電流
測定の結果として誤差信号が生じ、それは陰極に
関連する電源に供給される前に非常に高い負の電
圧に変換されなければならず、従つて誤差が加算
的に生じる可能性がある。しかしながら次の理由
からもつと大きな誤差が生じる。即ち放出ビーム
内の電流は通例、高電圧ループ内を流れる電流の
ほんの一部にすぎないからである。その際残りの
電流はリーク、コロナ、隣接する素子にエネルギ
ーを放射するシールドされていない浮動電源によ
つて発生される電流並びに電力を基準電位から給
電装置に伝送する際に生じるピツクアツプ部分か
ら成る。この種の装置はいづれも、陽極と陰極の
近傍にある制御電極との間で測定誤差を招きがち
である。これらの誤差は、以下に説明する回路に
おいては排除されている。

簡潔に述べれば、本発明の回路は、放出電極、
その浮動給電電源並びに電流検出および制御回路
のすべてを、局部基準電位にある導電性のシール
ドによつて取囲みかつ取り囲まれた回路のすべて
がこの局部基準電位に接続されているようにした
ことによつて放出電極からのエミツシヨン流を制
御する。この第１のシールドは、第２のシールド
から絶縁されて、このシールドによつて取囲まれ
ている。第２のシールドは、それ自体アース電位
に接続されている高電圧源の高電圧端子に直接接
続されている。アースに流れるビーム電流は、ウ
エーネルト電極における電圧を変調することによ
つてエミツシヨン流を制御するために（負帰還）
変換されている。電圧変換された電流が基準レベ
ルと比較されて得られる誤差信号は、ビーム電流
を放出する電極とチツプの近傍にあるウエーネル
トまたは制御電極に供給され、これにより一定の
ビーム電流を維持するためにそのエミツシヨンの
大きさを変調する。このようにピツクアツプおよ
びリークに影響されやすい種々の回路を取囲む２
重構造のシールドを使用することによつて、実際
に放出されたビーム電流は、装置内のスプリアス
電流から容易に区別される。

次に本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説
明する。

第１図のブロツク回路図には従来の電界放出形
エミツシヨンチツプ１０が図示されている。この
電界放出形エミツシヨンチツプは、局部基準電位
に電気的に直接接続されており、かつ10^-9mmHg
のオーダの高真空に維持されている（図示されて
いない）室内に密閉されている。チツプ１０の尖
端はその軸線が真空室内の小さな開口を通るよう
に配列されているので、その結果エミツシヨンチ
ツプ１０から放出される電子またはイオンビーム
は開口を通つて、接地された電極１２に配置せら
れた試料に到達する。

接地電極１２と電界放出形エミツシヨンチツプ
１０に接続された回路との間には、放出されるビ
ームに加速電圧を供給する高電圧源１４が設けら
れている。高電圧源１４が電極１２に高い負の電
圧を供給するように接続されていれば、装置はチ
ツプ１０から陽イオンを発生するために使用され
る。これに対して高電圧源１４が図示のように電
極１２に高い正の電圧を供給するように接続され
ていれば、チツプ１０は今日の高密度高速度走査
電子ビーム装置において所望されているような電
子ビームを放出する。

正確なビーム電流測定は陰極電界エミツシヨン
チツプ１０の電位で行われる。その理由は冒頭に
述べたように、接地されている陽極試料電極で電
流測定を行う場合測定値をアース電位に対してマ
イナス数千ボルトの陰極電圧付近の電流調整信号
に変換する際に不正確さが生じるからである。更
にコロナ、漏れ電流等が原因となる測定誤差を回
避するために、電流検出回路は外部の影響から遮
へいされなければならない。従つて第１図に示さ
れているように、シールド１６は電界放出形エミ
ツシヨンチツプ１０を完全に取り囲む。このシー
ルド１６は局部基準電位に接地されている回路の
接続点１７に接続されている。更にこのシールド
１６は、第２のまたは外側の同心のシールド１８
から絶縁されて取り囲まれている。シールド１８
の方は電気的に高電圧源１４のマイナス極に直接
接続されている。外側のシールド１８はアース電
位に比べて非常に高い電位にあるが、局部接地接
続点１７の電位、従つてまた内側のシールド１６
に関してそれは仮想の基準電位にある。内側の同
心のシールドにより付加的に、検出回路と浮動高
電圧源との電気的な絶縁が行われる。

ビーム電流検出は陰極電位において、接地電極
１２に到達する放出されたビーム電流を検出する
ことによつて行われる。帰還抵抗２２を備えた演
算増幅器２０を有する従来の電流電圧変換器がビ
ーム電流を検出するために設けられている。増幅
器２０の反転入力側は外側のシールド１８および
帰還抵抗２２に接続されている。増幅器２０の非
反転入力側は局部基準電位点１７および内側のシ
ールド１６に接続されている。ビーム電流と帰還
抵抗２２との積の値に相応する増幅器２０の出力
電圧は、通例の演算増幅コンパレータ２４の反転
入力側に接続されている。このコンパレータの非
反転入力側はポテンシヨメータ２５に接続されて
いる。ポテンシヨメータは、局部基準電位と、調
整可能なビーム電流基準信号をコンパレータ２４
に供給するための正の基準電源との間に接続され
ている。コンパレータ２４の誤差出力電圧は、そ
こから放出される電流を制御するために電界放出
形エミツシヨンチツプ１０の極めて近傍に位置せ
られているウエーネルトまたは制御電極２６に供
給される。

第１図に図示の実施例では、中央に開口を有す
る第１の陽極２８が使用される。その際放出され
たビームの一部がその開口を通過して接地されて
いる陽極１２に到達する。第１の陽極２８には、
放出されたビームを加速するために正の電圧が加
えられる。この陽極はその電圧を複数の局部給電
装置３０の１つから得る。この給電装置はその他
に、電流電圧変換増幅器２０、コンパレータ２４
および電流基準ポテンシヨメータ２５にも電力を
供給する。図からもわかるように局部給電装置３
０並びに増幅器２０および２４も内側のシールド
内に配置されているので、その結果浮動高電圧源
または演算増幅器２０，２４からの濡れ電流は、
内側のシールド１６と外側のシールド１８との間
の電流検出には関係しない。即ち電流検出は陰極
チツプ１０の局部基準電位で行われるので、既述
したような、接地電極１２に到来する真のビーム
電流の検出に障害となる種々様々な濡れ電流を排
除できる利点がある。。

第２図には、第１図に示した実施例に比べて、
第１図の第１の陽極２８が省略されている点だけ
が相異する、電界放出２極形銃がブロツク図にお
いて示されている。第２図の実施例の２極形銃
は、加速電圧の範囲を狭くしなければならずその
結果電界放出加速ビームをエミツシヨンチツプ３
４から接地された電極３６へ発生するためには唯
一の高電圧供給装置３２だけを使用すればよい場
合に使用される。第２図に図示の実施例では電流
測定は、第１図の回路において使用された回路と
同じ回路で同じ方法で行われる。局部給電装置３
０はここでも、電流電圧変換増幅器４０およびコ
ンパレータ４２に必要な電力を供給するために、
内側のシールド３８内で局部基準電位に接続され
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、２重のシールド内に格納された電界
放出形銃およびそれに接続された給電装置並びに
電流検出回路の、本発明の第１の実施例のブロツ
ク図、第２図は電界放出ダイオード銃を有する、
第１図の回路とは別の実施例のブロツク図であ
る。 １０，３４……電界放出形エミツシヨンチツ
プ、１２，３６……試料電極、１４，３２……高
電圧源、１６，１８，３８……シールド、２０，
４０……電流電圧変換器、２４，４２……コンパ
レータ、１７……局部基準電位接続点、２５……
ポテンシヨメータ、２６……制御電極、２８……
第１の陽極、３０……局部給電装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ビーム電流を測定しかつ局部基準電位に接続
   されている銃から放出されるビーム電流を、エミ
   ツシヨンチツプの近傍に配置された制御電極の制
   御電圧を制御することによつて調整するためのビ
   ーム調整装置を備え、前記銃がアース電位に接続
   された試料電極と、第１の端子がアース電位にあ
   る前記試料電極に接続されていてまた第２の端子
   が仮想基準電位に接続されている高電圧源とを含
   む電流安定化された電界放出形銃において、前記
   ビーム調整装置は、実質的に前記エミツシヨンチ
   ツプの局部基準電位にて浮動している、前記高電
   圧源を介して流れる電流を検出するための電流検
   出回路を有し、該電流検出回路は、前記高電圧源
   および前記エミツシヨンチツプに接続されており
   かつエミツシヨンチツプ電流を制御するために使
   用される電圧に変換される、アース基準電位に衝
   突する電流に相応する出力電圧を発生し、また前
   記ビーム調整装置は前記検出回路の出力電圧と前
   以つて決められたビーム電流基準電圧とを比較し
   かつ前記エミツシヨンチツプの近傍に配置された
   前記制御電極に誤差出力電圧信号を供給する比較
   回路を有することを特徴とする電流安定化された
   電界放出形銃。 ２ エミツシヨンチツプ、該エミツシヨンチツプ
   の近傍の制御電極、電流検出回路、比較回路およ
   びこれらに接続された局部給電装置は、前記エミ
   ツシヨンチツプの局部基準電位に接続されている
   第１の静電シールドによつて取囲まれている特許
   請求の範囲第１項記載の電流安定化された電界放
   出形銃。 ３ 第１の静電シールドは、高電圧源の第２の端
   子に接続されている第２の静電シールドから絶縁
   されて取囲まれており、かつ電流検出回路はビー
   ム電流を測定するために第１および第２の静電シ
   ールドに接続されている特許請求の範囲第２項記
   載の電流安定化された電界放出形銃。 ４ 高電圧源を第２のシールドに接地された試料
   電極に対して正の電圧が供給されるように接続し
   て、それによりエミツシヨンチツプが陽イオンビ
   ームを発生するようにした特許請求の範囲第３項
   記載の電流安定化された電界放出形銃。 ５ 高電圧源を、第２のシールドに接地された試
   料電極に対して負の電圧が供給されるように接続
   して、それによりエミツシヨンチツプが電子ビー
   ムを発生するようにした特許請求の範囲第３項記
   載の電流安定化された電界放出形銃。 ６ 電界放出形銃は更に、電子ビーム路中に配置
   されている第１の加速陽極を有しており、該陽極
   は電子ビームの一部を試料電極に通過せしめるた
   めの開口を有しておりかつ該陽極はエミツシヨン
   チツプの局部基準電位と比べれば正の電位にある
   ように、第１の静電シールド内に配置されている
   電源から正の電圧が供給されるように接続されて
   いる特許請求の範囲第５項記載の電流安定化され
   た電界放出形銃。