JPH0640475B2 - 電界放出型電子銃 - Google Patents

電界放出型電子銃

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JPH0640475B2
JPH0640475B2 JP63015288A JP1528888A JPH0640475B2 JP H0640475 B2 JPH0640475 B2 JP H0640475B2 JP 63015288 A JP63015288 A JP 63015288A JP 1528888 A JP1528888 A JP 1528888A JP H0640475 B2 JPH0640475 B2 JP H0640475B2
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JP
Japan
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cathode
electrode
electron gun
field emission
extraction electrode
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JP63015288A
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俊明 御代川
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/06Electron sources; Electron guns
    • H01J37/073Electron guns using field emission, photo emission, or secondary emission electron sources

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は走査型電子顕微鏡等の電界放出型電子銃に係
り、特に低加速電圧でも仮想光源を虚像領域で使用する
ことができる電界放出型電子銃に関するものである。
〔従来の技術〕
第18図は走査型電子顕微鏡等の電界放出型電子銃の概
略構成を示す図で、1は陰極、3は電子線、5は引き出
し電極、7は加速電極、9は仮想光源である。
電界放出型電子銃は、陰極1との間に電界を形成するた
めの引き出し電極5と、陰極1から電界放出されて引き
出し電極5を通過する電子線3を加速するための加速電
極7とから構成されている。引き出し電極5には陰極1
に対してVの電圧が、また加速電極7には陰極1に対
してVの電圧が印加され、引き出し電極と加速電極に
より静電レンズが形成される。この静電レンズにより陰
極1から放出された電子線の軌道は曲げられ、その結果
仮想光源9が形成される。
今、引き出し電極5から陰極1、及び仮想光源9までの
距離をそれぞれS、Sとすると、仮想光源位置Sは、
第19図に示すようにV/Vに従って変化する。V
/V=1の時はレンズ作用がないために仮想光源位
置Sは陰極の先端Sに位置し、V/Vが1より減
少または増大するにつれてレンズ作用が増していき、仮
想光源9は上方へ移動する。この領域を虚像領域と言
う。またV/Vがあるしきい値αまたはαのと
ころで電子線は平行ビームとなり、仮想光源位置Sは上
方無限遠位置から下方無限遠位置に変化する。V/V
がαより小さいか、αより大きくなるにつれて仮
想光源位置Sは下方から陰極の先端Sに近づいてく
る。このαより小さい領域とαより大きい領域とを
実像領域と言う。
このような電界放出型電子銃としては、従来、第20図
(イ)〜(ロ)に示すような形状の引き出し電極5と加
速電極7との組み合わせのものが使用されており、これ
らのものではαは0.1〜0.2、またαは10以
上の特性を示している。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、電圧Vは陰極からの電子の放出が変化した
場合に電界放出状態を一定にするため、通常4〜8kV程
度の範囲で変化させ、また加速電圧は通常1〜40kV程
度の範囲で変えている。このような電界放出型電子銃を
持つ走査型電子顕微鏡の性能としては、低加速電圧(V
小)から高加速電圧(V大)まで使えることが必要
であり、最近のIC分野ではさらに低い加速電圧での使
用が要求されつつある。ところが、従来の電子銃で加速
電圧を下げていくと、V/Vがαより小さくなっ
て実像領域Iに入ってしまう。この境界α付近では、
仮想光源位置が不連続的な変化をするため、電子銃より
下方に配置されるレンズ系により試料上に電子線を結像
されることが難しくなる。また虚像領域と実像領域では
電子銃より下に配置されるレンズ系の結像条件が全く異
なるためにレンズ系の制御が複雑となってしまう。
本発明は上記課題を解決するためのもので、αを下げ
ることなくαを小さくすることができ、特に低加速電
圧側で広い範囲で虚像領域が使用でき、その結果試料上
に連続的に電子線を結像でき、電子銃より下方に配置さ
れるレンズ系の制御を簡単化することが可能な電界放出
型電子銃を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
そのために本発明は、陰極と、陰極との間に電界を形成
するための引き出し電極と、陰極から電界放出され、引
き出し電極を通過する電子線を加速するための加速電極
とを備えた電界放出型電子銃において、引き出し電極は
下に凸の円錐形であると共に、中心部に陰極に対向して
底穴を有する上に凹の円筒形窪みを有し、加速電極は引
き出し電極との対向部をすり鉢状にするとともに、中心
部に底穴が設けられた下に凹の円筒形窪みを有している
ことを特徴とする。
〔作用〕 本発明は、引き出し電極を、下に凸の円錐形で、中心部
に陰極に対向して底穴を有する上に凹の円筒形窪みを持
つ形状とし、加速電極を、下に凸の円錐形で、中心部に
底穴が設けられた下に凹の円筒形窪みを有する形状とす
ることにより陰極と引き出し電極間電圧をV、陰極と
加速電極間電圧をVとしたとき、V/Vが0.0
6程度から10以上の範囲で仮想光源を虚像とすること
が可能である。
〔実施例〕
以下、実施例を図面に基づき説明する。
第1図は本発明の電界放出型電子銃の概略構成を示す図
である。
図において、1は陰極であり、引き出し電極5は傾斜角
がβの下に凸の円錐形をし、中心部は陰極開口径がD
、円筒内径がD、円筒深さがhである上に凹の円
筒形窪みを有している。また加速電極7は傾斜角がβ
で引き出し電極との対向部をすり鉢状にするとともに、
中心部は円筒内径がD、底穴径がD、円筒深さh
である下に凹の円筒形窪みを有している。
次に第2図〜第17図を参照して本発明の電界放出型電
子銃について説明する。
第2図〜第12図は各種の電極形状についての軸上ポテ
ンシャル分布を示したもので、第2図はムンロー形の場
合、第3図は平板形の場合、第4図は逆ムンロー形で加
速電極の傾斜角が30°の場合、第5図は逆ムンロー形
で加速電極の傾斜角が45°の場合、第6図は加速電極
が鍋底型の場合、第7図はウェーネルト型で電極の傾斜
角が30°の場合、第8図はウェーネルト形で電極の傾
斜角が45°の場合、第9図は引き出し電極がウェーネ
ルト形、加速電極を鍋底形にした場合、第10図〜第1
2図は第1図に示した本発明の電界放出型電子銃で、引
き出し電極の円筒形窪みの円筒深さを変えた(タイプI
〜III)ときのものを示している。
これらの電界放出型電子銃についてのV/Vに対す
る仮想光源位置Sの関係を倍率Mと共に示すと第13図
〜第16図のようになる。第13図はムンロー形、平板
電極形、逆ムンロー形、(傾斜角30°)、第14図は
逆ムンロー形、鍋底形、ウェーネルト形(30°)、ウ
ェーネルト形(45°)、第15図は引き出し電極がウ
ェーネルト形、加速電極が鍋底形、第16図は本発明の
電界放出型電子銃(コニカル静電レンズタイプ)を示し
ている。これらの図から、電極形状が第2図→第12図
になるにつれてαが小さくなり、虚像領域が広くなる
ことが分かる。
また第7図、第8図のウェーネル形、第9図のウェーネ
ル形/鍋底形の軸上ポテンシャンル分布についての仮想
光源位置を示す第14図、第15図から分かるように、
軸上ポテンシャル分布を第17図の立ち上がり部Aを急
にしすぎるとαが小さくなり、A部分の立ち上がりを
暖めるとαが大きくなることが分かる。また、第9
図、第10図〜第12図の軸上ポテンシャル分布につい
ての仮想光源位置を示す第15図、第16図から分かる
ように第17図のB部分の上に凸の領域を広げるにつれ
てαを小さくすることができる。
これらのことから、第1図に示すような構成のコニカル
電極とすることにより、第16図に示すようにαは約
0.06、α>10の性能が得られる。この結果、引
き出し電圧Vが4〜8kVとすると、対応する低加速電
圧は0.24〜0.5kVとなり、印加電圧0.5〜40
kV達成することが可能となる。
なお、第1図において、β、β≧0、D≧D
≧Dの関係が満たされる範囲であれば所期の効果
を達成することが可能である。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、αを小さくすることが
できるので、広い範囲で、特に低加速電圧側で虚像領域
を使用することができ、より低い加速電圧まで電子銃よ
り下方に配置されるレンズ系により試料上に電子線を連
続的に結像することが可能となると共に、電子銃より下
方に配置さるレンズ系の制御を簡単化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電界放出型電子銃の構成を示す図、第
2図〜第12図は各種電極形状に対する軸上ポテンシャ
ル分布を示す図、第13図〜第16図はV/Vに対
する仮想光源位置Sの関係を示す図、第17図は軸上ポ
テンシャル分布とα、αの関係を説明するための
図、第18図は一般的な電界放出形電子銃の構成を示す
図、第19図はV/Vに対する仮想光源位置を示す
図、第20図は従来の電界放出型電子銃の電極形状を示
す図である。 1……陰極、3……電子線、5……引き出し電極、7…
…加速電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】陰極と、陰極との間に電界を形成するため
    の引き出し電極と、陰極から電界放出され、引き出し電
    極を通過する電子線を加速するための加速電極とを備え
    た電界放出型電子銃において、引き出し電極は下に凸の
    円錐形であると共に、中心部に陰極に対向して底穴を有
    する上に凹の円筒形窪みを有し、加速電極は引き出し電
    極との対向部をすり鉢状にするとともに、中心部に底穴
    が設けられた下に凹の円筒形窪みを有していることを特
    徴とする電界放出型電子銃。
JP63015288A 1988-01-25 1988-01-25 電界放出型電子銃 Expired - Lifetime JPH0640475B2 (ja)

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JP63015288A JPH0640475B2 (ja) 1988-01-25 1988-01-25 電界放出型電子銃
US07/299,341 US4926055A (en) 1988-01-25 1989-01-23 Field emission electron gun

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JPH01189843A JPH01189843A (ja) 1989-07-31
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JPH01189843A (ja) 1989-07-31

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