本申请的目的是提供仅使用静电透镜的比较小型而像差小的带电粒子枪，并提供在大电流下也具有高亮度的场发射型带电粒子枪。带电粒子枪具有：带电粒子源；加速电极，其使从带电粒子源发射的带电粒子加速；控制电极，其配置在比加速电极靠近带电粒子源侧且具有比加速电极的开口直径大的开口直径；以及控制部，其根据施加于加速电极的电位对施加于控制电极的电位进行控制。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电子枪、带电粒子枪及利用该电子枪、带电粒子枪的带电粒子束装置
本专利技术涉及用于带电粒子束装置的电子枪及带电粒子枪，并涉及利用该电子枪及带电粒子枪的带电粒子束装置。
技术介绍
为了获得高分辨率的电子显微镜，需要在试样上以收束为小径的状态照射大电流的电子束。为此，作为产生电子束的电子枪需要亮度较高的类型。冷阴极场发射(CFE)型电子枪常用于高亮度且高分辨率的电子显微镜，冷阴极场发射型电子枪的电子源，与热电子发射或肖特基发射等其它电子源相比，光源尺寸小且电子源的亮度大。此外，所引出的电子具有的能量散布非常小。在使用电子透镜等的电子光学系统中使电子束收束时，会产生与电子束的能量散布成比例的称为色像差的模糊。即，发射能量散布小的电子源能够减小色像差而使电子束更细地收束。以往，在将冷阴极场发射型电子源应用于电子枪的情况下，一般使用图2所示的引出电极21和加速电极22构成的巴特勒透镜。这里，所谓巴特勒透镜是一种具有将两张圆形的电极板并行配置而成的构造的静电透镜，两张圆板的外侧为平板状，彼此相向的内侧则从外周到中心平缓地变薄。在两张圆板上具备用于使电子束通过的开口。为了容易加工，使该形状略微变形所得透镜也称为巴特勒透镜或巴特勒型透镜。使用该构造时具有能够使电子枪的构造简易且比较小型的优点。并且，为了降低电子枪的像差和提高亮度，提出了一种磁场重叠型电子枪，其在静电透镜基础上还使用磁场透镜来收束电子束。例如专利文献1所示，在磁场透镜的磁场中配置电子源，使用焦点距离短的磁场透镜使从电子源发射的电子束收束，从而能够减小从电子源引出电子的静电透镜的作用，即使电子束的导入角增大也能够抑制像差增大而实现电子束的大电流化。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010－272381号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题为了实现高分辨率的电子显微镜及电子束应用装置，需要使用电子束的假想光源径小的电子枪。并且，为了使用较小的假想光源径获得具有实效的小光源径，需要减小电子枪自身的像差。在以往的使用巴特勒型透镜的电子枪中像差较大，因此在用于电子显微镜时需要利用电子枪之后的电子透镜进行缩小。从而导致无法有效地利用光源的亮度。另一方面，如专利文献1所示，在电子枪部上组合磁场透镜进行使用也能够实现低像差的电子枪。但是，由于将静电透镜与磁场透镜组合使用需要进行光学系统的合轴而导致操作性降低。并且机构复杂而导致电子枪比较大型。并且，在以往的使用巴特勒型透镜的电子枪中，如果使施加于加速电极的电压变化则电子束的假想焦点的位置会显著变化。由此光学系统的轴有时会发生偏移，电子束的照射位置或尺寸等有时会发生变化，搭载电子枪的电子显微镜及电子束应用装置的稳定性和操作性降低。为此，本申请目的是提供比较小型且像差小的电子枪(及带电粒子枪)。用于解决课题的方法在本申请中，对代表性要点进行如下简单说明。即，本案的电子枪具有：针状的电子源，其为场发射型电子源；加速电极，其使从上述电子源发射的电子加速；控制电极，其配置在比上述加速电极靠近上述电子源侧且具有比上述加速电极的开口直径大的开口直径；以及控制部，其根据施加于上述加速电极的电位对施加于上述控制电极的电位进行控制。并且，本案的带电粒子束装置是使用上述电子枪的带电粒子束装置，其特征在于，具备：至少一个以上的静电或磁场透镜；载置观察试样的试样载台；以及计测反射电子、二次电子中的至少一种的检测器，利用上述电子束对试样进行观察或分析。并且，本案的带电粒子枪具有：带电粒子源；加速电极，其使从上述带电粒子源发射的带电粒子加速；控制电极，其配置在比上述加速电极靠近上述带电粒子源侧且具有比上述加速电极的开口直径大的开口直径；以及控制部，其根据施加于上述加速电极的电位对施加于上述控制电极的电位进行控制。专利技术的效果采用上述带电粒子枪能够在带电粒子源附近比以往紧凑地形成电场。其结果是能够在带电粒子源附近形成焦点距离短的静电透镜。附图说明图1是表示实施例1的电子枪的结构的图。图2是表示以往的巴特勒透镜型电子枪的结构的图。图3是表示变形例1的电子枪的结构的图。图4是表示搭载有实施例1的电子枪的电子显微镜的真空排气系统的结构的图。图5是表示实施例1的电子枪的加速电压与控制电压的关系的图。图6是表示电子枪中的电子轨道的图。图7是表示实施例1的电子枪及以往的巴特勒透镜型电子枪的像差系数的理论解析结果的图。图8是表示实施例1的电子枪及以往的巴特勒透镜型电子枪的获取任意的加速电压的电子束时的假想焦点位置的理论解析结果的图。图9是表示变形例2的电子枪的结构的图。图10是表示电子枪中的电子轨道的图。图11是表示变形例3的电子枪的结构的图。图12是表示搭载有实施例1的电子枪的扫描型电子显微镜的结构的图。图13是表示搭载有实施例1的电子枪的小型的扫描型电子显微镜的结构的图。图14是表示实施例4的离子枪的结构的图。图15是表示搭载有实施例4的离子枪的扫描离子显微镜的结构的图。图16是表示实施方式的带电粒子枪的结构的图。具体实施方式上述以外的课题、结构及效果可以通过以下实施方式的说明而明了。以下参照附图对实施方式、实施例及变形例进行说明。另外，在用于对实施方式、实施例及变形例进行说明的各图中，对具有同一功能者标记同一符号而省略重复说明。图16是表示实施方式的带电粒子枪的结构的图。带电粒子枪200具有：带电粒子源201；使从带电粒子源201发射的带电粒子加速的加速电极203；配置在比加速电极203靠近带电粒子源201侧而具有比加速电极203的开口直径(D)大的开口直径(d)的控制电极202；以及按照施加于加速电极203的电位(V0)对施加于控制电极202的电位(Vc)进行控制的控制部206。控制部206通过对电源204、205进行控制，来控制施加于控制电极202及加速电极203的电压。在带电粒子枪200中将带电粒子源201与加速电极203的距离设为L时则优选d/L＜1。并且，在带电粒子枪200中优选6mm＜L＜20mm。并且，带电粒子枪200具有：带电粒子源201；使从带电粒子源201发射的带电粒子加速的加速电极203；配置在比加速电极203靠近带电粒子源201侧的控制电极202；按照施加于加速电极203的电位对施加于控制电极202的电位进行控制的控制部206。控制部206在加速电极203的加速电压小的情况下，将用于提高带电粒子源201的顶端的电场的控制电压施加于控制电极202，并在加速电压高的情况下，将用于抑制带电粒子源201的顶端的电场的控制电压施加于控制电极202。采用上述带电粒子枪能够在带电粒子源附近极为紧凑地形成电场。其结果是能够在带电粒子源附近形成焦点距离短的静电透镜而减小像差。并且，通过使用焦点距离短的静电透镜，能够减小使加速电压变化时的假想焦点位置的变化。虽然在以下实施例中主要是对从电子源产生电子束的电子枪进行说明，但是也能够应用于从离子源等带电粒子源产生带电粒子束的带电粒子枪。实施例1＜结构＞图1是表示实施例1的电子枪的结构的图。图3是表示实施例1的变形例1的电子枪的结构的图。实施例1的电子枪10基本上为轴对称构造，在置于中心轴上的电子源1和加速电极3之间设置具有开口的控制电极2。电子源1、控制电极2及加速电极3设置于比10-8Pa高的真本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电子枪，其特征在于，具有：针状的电子源，其为场发射型电子源；加速电极，其使从上述电子源发射的电子加速；控制电极，其配置在比上述加速电极靠近上述电子源侧且具有比上述加速电极的开口直径大的开口直径；以及控制部，其根据施加于上述加速电极的电位对施加于上述控制电极的电位进行控制。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.25 JP 2013-0924841.一种电子枪，其特征在于，具有：针状的电子源，其为场发射型电子源；加速电极，其使从上述电子源发射的电子加速；控制电极，其配置在比上述加速电极靠近上述电子源侧且具有比上述加速电极的开口直径大的开口直径；以及控制部，其根据施加于上述加速电极的电位对施加于上述控制电极的电位进行控制，将上述控制电极的开口直径设为d，将上述电子源与上述加速电极的距离设为L时，则d/L＜1，上述电子源与上述加速电极的距离为6mm＜L＜20mm，具备两个以上的上述控制电极，上述控制部在上述加速电极的加速电压较低的情况下，将用于提高电子源的顶端的电场的控制电压施加于上述控制电极，并在加速电压较高的情况下，将用于抑制电子源的顶端的电场的控制电压施加于上述控制电极。2.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，上述电子枪是冷阴极场发射型电子枪。3.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，在上述加速电极与上述控制电极之间具有引出电极。4.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，具有控制机构，其基于上述电子的加速电压来切换所使用的电极。5.一种带电粒子束装置，其使用权利要求1所述的电子枪，上述带电粒子束装置的特征在于，具备：至少一个以上的静电或磁场透镜；试样载台，其载置观察试样；以及检测器，其计测反射电子、二次电子中的至少一种，利用带电粒子束对试样进行观察或分析。6.根据权利要求5所述的带电粒子束装置，其特征在于，具备使用一个静电或磁场透镜的电子光学系统。7.根据权利要求5所述的带电粒子束装置，其特征在于，上述电子枪的外径尺寸为200mm以下。8.根据权利要求5所述的带电粒子束装置，其特征在于，具备使用上述电子的加速电压为0.1～3kV的低加速的电子束来观察试样的功能。9.一种带电粒子枪...
【专利技术属性】
技术研发人员：今井悠太，大岛卓，森下英郎，
申请(专利权)人：株式会社日立高新技术，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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