JPH03184249A

JPH03184249A - 多段加速方式電界放射形電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH03184249A
Application number: JP2325992A
Authority: JP
Inventors: Junji Endo; 潤二遠藤; Akira Tonomura; 外村　彰; Susumu Ozasa; 小笹　進; Tsuyoshi Matsuda; 強松田; Tsutomu Kimura; 力木村; Nobuyuki Osagabe; 長我部　信行
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1991-08-12
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JP2501659B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は多段加速方式電界放射形電子顕微鏡に係り、特
に、電子引出電圧や加速電圧などの動作条件が変わって
も電子光学特性がほぼ一定に保たれ、明るい像が得られ
る多段加速方式電界放射形電子顕微鏡に関するものであ
る。

〔発明の背景〕

従来技術とその問題点を第１図により説明する。

これは、３段加速方式電界放射形電子銃を備えた例であ
る〔“Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｔｚ　Ｂ　”　Ｖ
ｏｌ　２５　。

Ｎｏ、１１．１９８２．ｐｐ、６７９９−６８０４参照
〕。第１図において、１は多段加速管、２は電子銃部、
３は中間室部、４はコンデンサ部、５は偏向コイル、６
はコンデンサレンズ、７及び８はイオンポンプ、９はバ
ルブ、１ｏは電界放射陰極、工１は電子引出電極、１２
〜１４は加速電極、１５〜１７は外周保護電極、１８及
び■９は差動排気絞り、２０は高圧トランス、２１は電
子引出電源、２３はフラッシング電源、２４は中継トラ
ンス、２５は加速電源、２６は基準抵抗、２７は加速電
圧安定化回路、２８及び２９は高圧ケーブル、３工〜３
３は分割抵抗である。電子銃部２に印加される高圧電源
は、高圧トランス２ｏ、電子引出電源２１、フラッシン
グ電源２３から成り、高圧ケーブル２８及び２９を介し
て電子銃部に接続される。電界放射陰極１０に印加され
る加速電圧ｖａは、分割抵抗３↓〜３３を通して接地さ
れている。従って、加速電極１２〜１４には各分割抵抗
の比に応じて分割された電圧が印加される。

電子引出電極１１には電子引出電源２１からの電子引出
電圧Ｖ工が印加される。

このとき、多段加速管１内に形成される静電レンズの特
性は、全加速電圧が低い（１００ｋＶ〜２００ｋＶ）場
合は、電界放射陰極１０と初段の加速電極１２の間にか
かる初段加速電圧■２と電子引出電圧■□との比ｖ２／
Ｖ１でほぼ決定される。

電界放射陰極１０は、活性化のための熱処理を検鏡のた
びにフラッシング電源２３を用いて行う必要があるが、
それによって僅かずっ先端の曲率半径が大きくなる。こ
のため、同じ総電界放射電流を得るためには、電子引出
電圧Ｖ、を少しずつ増加させていく必要がある。また加
速電圧Ｖ。は、検鏡の条件や試料との関係で変わること
がある。

電子引出電圧ｖ１や加速電圧Ｖ。が変わると、静電レン
ズ特性を表すパラメータＶ、／Ｖ、の値が変わり、仮想
光源の位置や収差の大きさなどの電子光学特性を一定に
保つことができないことになる。

特に電子引出電圧Ｖ□が増加したり、加速電圧Ｖ。

が小さくなると、Ｖ　Ｚ　／　Ｖ　１の値が減少して静
電レンズ作用が弱まるため、多段加速管１内で電子ビー
ムが広がる。多段加速方式では、電子引出電極１１と差
動排気絞り１８．１９の間の距離が長いことから、電子
ビームを平行に近い状態で使用しないと、差動排気絞り
１８．１９を通過する電子線量が大幅に減少してしまう
。電子引出電圧■、の使用可能範囲は３ｋＶ〜７１ＣＶ
であるが、平行に近い電子ビームが形成される範囲は０
．５ｋＶ程度に過ぎない。このため、電子引出電圧ｖ１
が０．５ｋＶ変わるたびに電界放射陰極１０と電子引出
電極１１の距離を変えて、平行に近い電子ビームが得ら
れるように調整する必要がある。

従来の多段加速方式電界放射形電子顕微鏡には上述のよ
うな問題点があり、このため電子銃の電子光学系の調整
をしばしば行う必要があり、操作性及び性能の安定性の
面で大きな問題となっていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術での問題点を解決し
、電子引出電圧や加速電圧などの電子銃動作条件が変わ
っても電子光学特性をほぼ一定に保ち、明るい像を得る
ことのできる多段加速方式電界放射形電子顕微鏡を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、上記目的を達成するために、多段加速
方式の電界放射形電子顕微鏡において。

初段加速電極を含む少なくとも１つ以上の加速電極に印
加する加速電圧と、電子引出電極に印加する電子引出電
圧との和が所定の設定値になるように上記電子引出電圧
に応じて上記加速電圧を自動制御する手段を備えた構成
とすることにある。

（発明の実施例）本発明の第１の実施例を第２図に示す。中継トランス２
４内に初段加速電源２２が設置されており、この２２と
加速電源２５とを直列的に接続し、両電源から供給され
る高電圧の和を加速電圧ｖ０として電界放射陰極ＩＯに
印加する。装置の構成をさらに詳細に説明する。照射系
は、電子銃部２と中間室部３とコンデンサ部４とから構
成されており、それぞれ１０−”Ｐａ、　１０−’Ｐａ
。

１０−’Ｐａに、イオンポンプ７．８等の真空ポンプで
排気されている。多段加速管１は、円筒状セラミック部
材をコバール製スペーサを介して３段に重ねた耐真空構
造のもので、内側には電子引出電極１１及び加速電極１
２〜１４が、外側には外周保護電極１５〜１７が、電極
間には分割抵抗３２．３３が取り付けられている。電界
放射陰極１０は、多段加速管１の上端のフランジに取り
付けられている。また多段加速管ｌの外側は、放電防止
のため、フレオン等高絶縁ガス雰囲気となっている。

電源系は、電子線を加速するための負の高電圧を発生さ
せる高圧トランス２０と、電子引出電源２１や初段加速
電源２２などを浮かせるための中継トランス２４とから
成り立っている。加速電源２５で作られ、基準抵抗２６
及び安定化回路２７によって安定化された加速電圧Ｖ０
は、高圧ケーブル２８、中継トランス２４、高圧ケーブ
ル２９を経て電界放射陰極１０に印加される。フラッシ
ング電源２３は電界放射陰極１０のフィラメントの両端
に接続される。電子引出電源２１と初段加速電源２２は
それぞれ電界放射陰極１０に対し正の高電圧ｖ１（３〜
７に■）、■２（２０〜６０ｋｖ）を発生してそれぞれ
の電極１１．１２に印加される。加速電極１４は鏡体を
介して接地されており、加速電極１３には、（ｖａ　　
ｖｚ）の電圧が分割抵抗３２．３３の抵抗比に応じて分
割されて印加される。

以上の構成において、電子引出電圧Ｖ□によって電界放
射陰極１０から引出された電子線は、電子引出電極１１
の電極孔を出て、加速電極１２〜１４で所定のエネルギ
ーまで加速される。差動排気絞り１８．１９を通過した
電子線は、偏向コイル５、コンデンサレンズ６を通って
試料を照射する。このとき、電子銃の電子光学特性は、
初段加速電圧ｖ２と電子引出電圧Ｖ□の比Ｌ／Ｖ工でほ
ぼ決められる。

そこで１本実施例では加速電源２５と初段加速電源２２
とを直列的に接続し、両型源がら供給する高電圧の和を
加速電圧ｖ０として電界放射陰極１０に印加し、初段加
速電極１２には加速電源２５から供給する電圧（Ｖ、　
−Ｌ）を印加する。

また、加速電圧の安定化は、電源２２と２５の合計電圧
部に基準抵抗２６を接続し、高電圧安定化回路２７の出
力を加速電源２５に負帰還することによって行われる。

電子引出電源２１と初段加速電源２２は、例えばそれぞ
れのトランスの１次側を連動して制御する等の方法で連
動可能に構成されているため、電子引出電圧ｖ１の変化
に応じて生じる初段加速電圧Ｖ２の変化分は、加速電源
２５の出力電圧の変化によって打ち消され、合計加速電
圧ＶＩｌは一定となり、もちろんＶ　ｚ　／　Ｖ　１の
比も一定となる。これにより、高い精度で電子光学特性
を一定に保つことが可能となる。

本発明の第２の実施例を第３図により説明する。

電源部の構成は、第１加速電源４５と第２加速電源４２
とを直列に配置し１合計電圧部。を電界放射陰極１０に
印加すると共に分割抵抗３１に接続する。同時に、合計
電圧部から基準抵抗２６、加速電圧安定化回路２７を通
して第１加速電源４５に負帰還する。第２加速電圧Ｖ２
□６は、電界放射陰極１０と第２加速電極１３の間に印
加され、初段加速電極１２には分割抵抗３１．３２の抵
抗の比に応じた電圧が分割印加される。第２加速電源４
２は第１の実施例と同様に電子引出電源２１に連動して
おり、このため、電子引出電圧ｖ０の変化に応じて生じ
た第２加速電圧Ｖ　２　ｎ　ａの変化分は、第１加速電
源４５に負帰還されて補償される。

このとき、初段加速電極１２に印加される初段加速電圧
Ｖ２はＶｚ　＝　Ｖｚｎｉ　Ｒ３ｔ／　ＣＲｓｘ　＋　Ｒ３ｚ
）となる。初段加速電圧ｖ２の値、または第２加速電圧
■よ□、の値のうち少なくとも一方は、電子引出電圧Ｖ
工の６〜１５倍であることが必要である。

また、初段加速電極１２が実質的にレンズ作用に寄与し
ない構造であれば、第２加速電圧Ｖ　２　ｎ　ａと電子
引出電圧ｖ１の比はＶ、ｎｄ／Ｖ、＝２Ｘ（６〜１５）とすればよいことは容易に類推できる。

第３図実施例によれば、２００ｋＶ以上の高電圧電子顕
微鏡においても、電子銃の電子光学特性を一定に保つこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多段加速方式電界放射形電子銃の電子
光学特性を、電子引出電圧や加速電圧などの動作条件が
変わっても、高い精度で一定に保つことができ、明るさ
や軸合わせなど最適の条件を一度設定すれば、従来より
も広い範囲の電子引出電圧において同じ条件を維持させ
ることが可能となり、操作性、性能安定性及び作業効率
が飛躍的に向上する。

【図面の簡単な説明】

第工図は従来例の照射系の縦断面と電源部構成を示す図
、第２図、第３図はそれぞれ本発明実施例の照射系の縦
断面と電源部構成を示す図である。〈符号の説明〉１・・・多段加速管　　　　２・・・電子銃部３・・・
中間室部　　　　　４・・・コンデンサ部５・・・偏向
コイル　　　　６・・・コンデンサレンズ７．８・・・
イオンポンプ　９・・・バルブ１０・・・電界放射陰極
　　１１・・・電子引出電極↓２〜１４・・・加速電極１５〜１７・・・外周保護電極１８．１９・・・差動排気絞り２０・・・高圧トランス　　２１・・・電子引出電源２
２・・・初段加速電源　　２３・・・フラッシング電源
２４・・・中継トランス２５．４２．４５・・・加速＠源２６・・・基準抵抗２７・・・加速電圧安定化回路２８．２９・・・高圧ケーブル３０〜３５・・・分割抵抗

Claims

【特許請求の範囲】１、電界放射陰極と、この陰極から電子を電界放射させ
る電子引出電極と、この電子引出電極に設けられた小孔
から出た電子線を加速する２段以上の加速電極とを有す
る電子顕微鏡において、上記電子引出電極に印加する電
子引出電圧と、初段加速電極を含む少なくとも１つ以上
の加速電極に印加する加速電圧との和が所定の設定値に
なるように上記電子引出電圧に応じて上記加速電圧を自
動制御する手段を備えたことを特徴とする多段加速方式
電界放射形電子顕微鏡。２、前記加速電圧を出力する加速電源部は、加速電源と
部分的な加速電源とを直列に配置し、高電圧安定化回路
の基準点を合計電圧出力部に設定し、上記高電圧安定化
回路の出力信号を低電圧側の加速電源に負帰還させる加
速電源部であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の多段加速方式電界放射形電子顕微鏡。