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JP3974415B2 - Field emission electron microscope - Google Patents

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JP3974415B2
JP3974415B2 JP2002023541A JP2002023541A JP3974415B2 JP 3974415 B2 JP3974415 B2 JP 3974415B2 JP 2002023541 A JP2002023541 A JP 2002023541A JP 2002023541 A JP2002023541 A JP 2002023541A JP 3974415 B2 JP3974415 B2 JP 3974415B2
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Japan
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field emission
spot
electron
electron beam
emission electron
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剛久 山本
雄一 幾原
畊平 代田
慶一 安宅
和彦 森山
小林  隆
隆志 谷中
Original Assignee
株式会社トプコンテクノハウス
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Publication date
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電界放出型電子顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
電界放出型電子銃は、一般に知られている他の型式の電子銃に比べて、その輝度が極めて高いこと(10+9A/cm2strレベルであり、LaB6などの通常の電子銃に比べて100倍近くも高いこと)、光源が極めて小さいこと(数10nmレベル、通常は20〜50μmであること)から、高度に干渉性に優れ、著しく強い電子線束が得られる。
【0003】
そのため、電界放出型電子銃は、試料上に極めて小さな第1スポット状のビーム、たとえばサブナノメーターレベルのビーム(電子線プローブ)を得ることができる。その強度も十分である。そのため、電界放出型電子銃は、試料上でサブナノサイズの領域の元素分析・結晶構造解析が可能であり、収差の影響の少ない高分解能像が得られる。
【0004】
それゆえ、電界放出型電子銃は大きな期待がもたれ、近年は、性能も安定し多用されている。
【0005】
しかし、その反面、電界放出型電子銃は、干渉性が高度に優れることに起因して問題が生じる。たとえば、試料のエッジ部分や、試料の厚さが変わるところや、結晶方位が変わるところや、元素量が異なったものの境などでは、試料のコントラストが急に変わるが、そのようなところでは、シャープなフレネルフリンジや干渉縞を作ってしまう。さらには、結晶回折や反射による電子線と透過した電子線で、シャープなフレネルフリンジや干渉縞を作ってしまう。この現象はフォーカスを大きく変えても、あまり変化しない。
【0006】
そのため、一方で優れた干渉性は、逆に、他方では試料の真の姿の観察を邪魔することが多い。特に球面収差の影響で、結晶による回折波が本来の位置から少しずれて結像するため、本来はあってはならないところにシャープな干渉像を生じてしまうことがある。この現象は、像の解釈を間違えさせやすくする。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、優れた干渉性を活用できるとともに、必要に応じて干渉性を低下又は消失させることのできる電界放出型電子顕微鏡を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、次のとおりである。
【0009】
(1)電界放出型の電子銃から電子線を放出して、試料上で電子線のビームを走査させる電界放出型電子顕微鏡において、
試料上で第1スポット状のビームを走査させる第1スポット状走査モードと、試料上で第2スポット状のビームを走査させる第2スポット状走査モードとが予め設定されており、それらの第1スポット状走査モードと第2スポット状走査モードが切り換え可能になっており、
電子線が電子銃から試料に至る途中で、電子線の干渉性を低下又は消失させることにより、試料上での電子線のビーム形状が第2スポット状になり、
第2スポット状のビームが、第1スポット状のビームよりも広げた形のスポット状ビームであることを特徴とする電界放出型電子顕微鏡。
【0010】
(2)偏向電源に対して走査信号を重畳させることを特徴とする前述の電界放出型電子顕微鏡。
【0011】
(3)加速電圧電源に対して加速電圧を変動させる発振回路からの信号を重畳させることを特徴とする前述の電界放出型電子顕微鏡。
【0012】
(4)走査モードにおいて、偏向コイルと偏向電源が走査信号の回路を介して接続されていて、偏向コイルに走査信号を重ねて電子線を振るようになっていることを特徴とする前述の電界放出型電子顕微鏡。
【0013】
(5)電子線を放出するための電界放出型電子銃と、電子線を偏向させて試料を走査するための偏向コイルと、偏向コイルに偏向電流を供給するための偏向電源とを備えた電界放出型電子顕微鏡において、所定形状で走査させる走査信号を偏向電流に重畳させるための切り換え手段を設け、電子線を振動させることにより電子線の干渉性を低下または消失させることを特徴とする電界放出型電子顕微鏡。
【0014】
(6)電子線を放出するための電界放出型電子銃と、電界放出型電子銃に加速電圧を供給するための加速電圧電源とを備えた電界放出型電子顕微鏡において、加速電圧電源を変動させる発振回路からの信号を重畳させるための切り換え手段を設け、加速電圧を変動させることにより電子線の干渉性を低下または消失させることを特徴とする電界放出型電子顕微鏡。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明においては、たとえばスイッチの作用によって複数種類のモードを使いわける。電界放出型電子銃の特性を最大限に活かしたいときには、電界放出型の構成をそのまま用い、試料上での電子線のビーム形状を第1スポット状とする。また、高い干渉性が大きく邪魔するときには、干渉性を消失させたり低下させたりして、試料上での電子線のビーム形状を第2スポット状(例えば円形や矩形など、但しこれらの形状に限定されない)にして、観察するようにする。
【0016】
本発明の電界放出型電子顕微鏡においては、電界放出型の電子銃から電子線を放出して、偏向コイルや集束レンズを経て、試料上で電子線のビームを走査させる。
【0017】
少なくとも2つのモード、たとえば、試料上で第1スポット状のビームが走査される第1スポット状走査モードと、試料上で第2スポット状のビームが走査される第2スポット状走査モードとが予め設定されている。好ましくは、スイッチによってそれらの第1スポット状走査モードと第2スポット状走査モードが切り換え可能になっている。
【0018】
好ましくは、第2スポット状走査モードにおける試料上での第2スポット形状は、円形または矩形である。
【0019】
電子線が電子銃から試料に至る途中で、電子線の干渉性を低下又は消失させることにより、試料上での電子線のモードが第2スポット状に形成されることが好ましい。
【0020】
電子線の干渉性を消失させたり低下させたりする方法は、いろいろある。たとえば、光源を大きく移動させることにより位相がずれた電子線を多く作り出して重ね合わせる方法や、電子線のエネルギーを変動させることによって位相がずれた電子線を重ね合わせる方法がある。
【0021】
本発明の1つの実施形態に係る電界放出型電子顕微鏡は、好ましくは、電子線を放出するための電界放出型電子銃と、電子線を偏向させて試料を走査するための偏向コイルと、偏向コイルに偏向電流を供給するための偏向電源とを備えている。偏向電源に対して、所定形状で走査させる走査信号を偏向電流に重畳させるための切り換え手段を設け、それの操作によって、電子線を少なくとも2次元的に振動させて、電子線の干渉性を低下または消失させる。
【0022】
また、本発明の別の好ましい実施形態に係る電界放出型電子顕微鏡は、電子線を放出するための電界放出型電子銃と、電界放出型電子銃に加速電圧を供給するための加速電圧電源とを備える。そして、加速電圧電源に対して、加速電源を変動させる発振回路からの信号を重畳させるための切り換え手段を設け、それを操作して、加速電圧を変動させることにより電子線の干渉性を低下または消失させる。
【0023】
電界放出型電子顕微鏡は、好ましくは、電界放出型電子銃を搭載した透過型電子顕微鏡である。
【0024】
本発明によれば、電界放出型電子銃の優れた特性である電子線の干渉性を活用したり、必要に応じて消失または低下させることを可能とすることができるのである。
【0025】
【実施例】
本発明の実施例1〜2を図面に基づいて説明する。
【0026】
<第1実施例>
図1〜2は、本発明の第1実施例を示す。
【0027】
図1〜2に示すように、本発明による電界放出型電子顕微鏡は、少なくとも2つのモード、すなわち第1スポット状走査モード(図1)と第2スポット状走査モード(図2)を有し、それら2種類のモードをスイッチにより切り換えられるようになっている。
【0028】
本発明に係る電界放出型電子顕微鏡は、電子線を放出するための電界放出型電子銃1と試料2との間に、電子線を偏向させて試料を走査するための偏向コイル3と、集束レンズ4を備えている。この他にも、偏向コイル3に偏向電流を供給するための偏向電源5や、電界放出型電子銃1に加速電圧を供給するための加速電圧電源6を備えている。
【0029】
偏向電源5に対して、所定形状(円形や矩形の第2スポット状)で走査させる走査信号を偏向電流に重畳させるための切り換え手段たとえばスイッチ10を設け、それの作用によって、電子線を2次元的に振動させて、電子線の干渉性を低下または消失させる。
【0030】
電子銃1の軸合わせ用の偏向コイル3は、試料2よりも電子銃1側に設けられている。偏向コイル3は、予め組み込まれている軸合わせコイルでもよいし、または新たに設けても良い。回路13は、偏向コイル3に走査信号を載せる回路である。切り換え用のスイッチ10により、この回路13を介すことによって電子銃1側の光源9を限られた範囲で走査させながら観察または撮影する図2のモードと、回路13を介すことなく観察または撮影する図1のモードとを、任意に切り換えて使用できる。その走査の大きさ、形状、走査速度は、任意に変更できる。
【0031】
図1の標準モードは、電子銃1のところに実際の光源9が第1スポット状に示されているようなモードになる。スイッチ10が図2の上側の接点に接触した状態にあり、第1スポット状の光源9に対応して、試料2上には第1スポット状のモード(プローブ)が形成される。
【0032】
図2の走査モードにおいては、スイッチ10が図2の下側の接点に接触した状態(実線で示されている状態)にあり、偏向コイル3と偏向電源5が走査信号の回路13を介して接続されていて、偏向コイル3に走査信号を重ねて電子線を振るようになっており、そのことによって干渉性が消失または低下させられる。
【0033】
このような図2のモードにおいては、電子銃1の側では、見かけの光源の形状は、第2スポット状(たとえば円形や矩形)であり、試料2側では、電子線のビームは広げられ、光源の形状に対応して、第2スポット状(円形や矩形)になる。試料2上では、ビームを第2スポット状に広げた形で像観察を行うのである。これにより干渉性を低下または消失させることができる。なお、第2スポット状の一例として円形や矩形をあげたが、これに限定されない。
【0034】
一般的に使用されている電界放出型電子銃1の光源9の大きさは、実際には、たとえば20〜50nmである。これに対して、LaB6電子銃1では、20〜50μmである。電界放出型電子銃1の光源9の大きさは、LaB6電子銃の11/500〜1/1000倍と極めて小さい。
【0035】
そこで、電界放出型電子銃1の光源9を500×500〜1000×1000倍(点)程度の範囲で走査(スキャン)させるようにすれば、1点1点での電子線の干渉性は変わらないものの、これらを積分することによって、干渉性はLaB6電子銃なみに低下または消失させることが可能となる。
【0036】
これよりも、さらに大きく走査させることもできる。たとえば、500×500倍〜10000×10000倍(点)程度の範囲で走査(スキャン)させることができる。それにより、LaB6電子銃よりも、さらに干渉性を低下または消失させることもできる。
【0037】
なお、図1〜2の例においては、走査させたときと、走査させていないときの電子線の総量には変化がないため、蛍光板の明るさ、撮影時のシャッター速度にはなんら影響することなく十分に実用的である。
【0038】
理想的には光源9が円形であるかのように走査すれば、情報の取得の方向性もなく理想的であるが、簡易的に矩形に走査させても、通常の目的は十分に達成される。そのため、走査の形状にこだわる必要はほとんどない。
【0039】
走査速度は速いほど望ましいが、少なくても撮影時の1回の露光中に1回走査すれば目的は達成される。蛍光板上での観察のためには、蛍光板の残光を考え、2〜3回/秒より速ければ実用的である。この方式は収差の影響がほとんどないため、高分解能観察に適する。
【0040】
<第2実施例>
図3〜4は、本発明の第2実施例を示す。
【0041】
図3には、電子銃1の関連部材の一例が示されている。たとえば、電子銃1は、エミッター21、サプレッサー22、エキストラクター23、アノード24、エミッター21の加熱回路25、サプレッサー22の電圧制御回路26、エキストラクター23の電圧制御回路27などを有する。
【0042】
図3に示すように、加速電圧電源6に対して、加速電源を変動させる発振回路11からの信号を重畳させるための切り換え手段たとえばスイッチ12を設け、それを操作して、加速電圧を変動させることにより電子線の干渉性を低下または消失させる。回路11は、電子線の加速電圧を一定量(厳密である必要はない)変動させる発振回路である。この発振回路11として、電圧ウォブラーなど既に組み込みの回路を使っても良い。切り換えスイッチ12により、この発振回路11を介して電子線の加速電圧を変動させながら、観察撮影するモードと、回路11を介さず変動のない状態で観察撮影するモードとを任意に切り換えて使用する。その変動の量と早さは、任意に変更できる。
【0043】
エキストラクター23の電圧制御回路27は、電子線を引き出すために電子銃1に印加される電圧を制御するための手段である。
【0044】
エミッター21の加熱回路25は、電子線を発生させるためにアノード24(電極)を加熱するための回路である。
【0045】
干渉性を低下または消失させるために電子線の位相を大きくずらすもう一つの方式として、電子線のエネルギー変動を大きくさせることが考えられる。しかし、この方法は、軸上色収差や、倍率および回転等の軸外色収差を生ずるため、画質に大きく影響するので注意を要する。
【0046】
加速電圧U(kV)、エネルギー変動をΔU(kV)としたとき、変動幅の大きさの一例は、ΔU/U>=0〜2×10-4である。範囲としては、これに限定されず、実用的には、ΔU/U>=0〜2×10-3の範囲で変動させることができる。この範囲外では、一般に軸外色収差が目立つようになり、軸上色収差により中心部の画質も悪くなるが、蛍光板上での界面などの像観察は十分に可能である。ただし、観察倍率によって大きく変わる。そのため、変動幅の大きさは、ΔU/U>=0〜2×10-3程度を可変出来れば十分に実用的である。変動の形状は、矩形波、鋸歯状波、サイン波など、いずれでも構わない。さらに言えば変動の形状は、周期的である必要もない。
【0047】
変動の速さは、aの走査と同様に速いにこしたことはないが、少なくても1回の露光中に1回変動すれば目的は達成される。観察のためには、蛍光板の残光を考えて、2〜3回/秒であれば実用的である。
【0048】
図4は、図3に示した第2実施例による電界放出型の電子銃の詳細な構造を示している。
【0049】
図4において、アノード24は、加速電圧がかかる電極であり、このような電極は、一般にショットキー(Schottky)電界放出型電子銃(Field Emission electron gun、FE電子銃ともいう)と呼ばれており、コールド電界放出型電子銃に近い輝度が得られ、電子線の初速エネルギー幅もコールド電界放出型電極に比べて大きな差はない、安定性が極めて高く、真空もコールド電界放出型電極に比べて容易であることなどから、多く用いられるようになっている。しかし、ショットキー電界放出型電子銃は、コールド電界放出型電子銃と異なって、電子銃のチップ先端部を1700℃程度に加熱して用いなければならない。そのため、エミッター21の加熱回路25の近辺では多くの熱電子が生じている。このエミッター21の加熱回路25とは、電子を発生させるための回路のことをいう。この熱電子などのように不要なものが外に飛び出してくることがないように、逆電圧をかけることにより、不要なものを中に閉じ込める。この不要な熱電子などを閉じ込める(押え込む)ために印加する逆電圧をサプレッサー電圧といい、これがサプレッサー22の電圧制御回路26により制御される。
【0050】
電界放出型電子銃1のチップは、サプレッサー22(サスペッサ)により僅か飛び出して配置されている。その先のエキストラクター23により強い電界をかける。そのことにより、チップ先端には強い電位勾配が生じ、電子が飛び出す。
【0051】
なお、エキストラクター電圧とは、エミッター回路25により発生した電子を引き出すために印加される電圧である。その電圧をかけるための電極がエキストラクター23である。
【0052】
電界放出型チップは、通常、タングステンの結晶が用いられる。先端部には、いくつもの結晶面が形成されており、その中で電子が飛び出しやすい結晶面は複数存在する。そのため複数本の電子線が生じるが、その中心のものだけが下のレンズ系に来るように調整して用いる。チップの温度、サプレッサー電圧、エキストラクター電圧など微妙に調整して理想に近い電子線を得るようにするのが好ましい。チップの温度を変えれば、熱膨張などでチップとサプレッサーの位置関係が変わる。
【0053】
前述のいずれの実施例においても、電子線の干渉性を最大限に活かしたいときには、そのままの構成で用い、高い干渉性が大きく邪魔するときには、スイッチによって瞬時に干渉性を低下させて観察することができる。
【0054】
【発明の効果】
本発明によれば、優れた干渉性を充分に活用できるとともに、それによる欠点を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例による電界放出型電子顕微鏡の1つのモードを示す。
【図2】 本発明の第1実施例による電界放出型電子顕微鏡の他のモードを示す。
【図3】 本発明の第2実施例による電界放出型電子顕微鏡の電子銃側の構成を示す。
【図4】 図3の電子銃の関連部材の詳細な構造を示す。
【符号の説明】
1 電子銃
2 試料
3 偏向コイル
4 集束レンズ
5 偏向電源
6 加速電圧電源
9 光源
10 スイッチ
11 発振回路
13 回路
21 エミッター
22 サプレッサー
23 エキストラクター
24 アノード
25 エミッター21の加熱回路
26 サプレッサー22の電圧制御回路
27 エキストラクター23の電圧制御回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a field emission electron microscope.
[0002]
[Prior art]
The field emission electron gun has extremely high brightness compared to other types of electron guns that are generally known (10 + 9 A / cm 2 str level, 100 times that of a normal electron gun such as LaB6). Because the light source is very small (several tens of nm level, usually 20 to 50 μm), it is highly excellent in coherence and a remarkably strong electron beam bundle can be obtained.
[0003]
Therefore, the field emission electron gun can obtain a very small first spot-like beam, for example, a sub-nanometer level beam (electron probe) on the sample. Its strength is also sufficient. Therefore, the field emission electron gun can perform elemental analysis and crystal structure analysis in a sub-nano-sized region on the sample, and a high-resolution image with little influence of aberration can be obtained.
[0004]
Therefore, field emission electron guns have great expectations, and in recent years their performance is stable and frequently used.
[0005]
However, the field emission electron gun has a problem due to its high coherence. For example, the contrast of the sample changes suddenly at the edge of the sample, where the thickness of the sample changes, where the crystal orientation changes, or where the amount of elements is different. Make fresnel fringes and fringes. Furthermore, sharp Fresnel fringes and interference fringes are created by electron beams transmitted by crystal diffraction and reflection and transmitted electron beams. This phenomenon does not change much even if the focus is changed greatly.
[0006]
For this reason, on the other hand, excellent coherence often disturbs observation of the true appearance of the sample on the other hand. In particular, due to the influence of spherical aberration, the diffracted wave by the crystal forms an image with a slight deviation from the original position, and a sharp interference image may be generated where it should not be. This phenomenon makes it easy to misinterpret the image.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a field emission electron microscope capable of utilizing excellent coherence and reducing or eliminating the coherence as necessary.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Examples of the solving means of the present invention are as follows.
[0009]
(1) In a field emission electron microscope that emits an electron beam from a field emission electron gun and scans a beam of the electron beam on a sample,
A first spot-shaped scanning mode for scanning the first spot-shaped beam on the sample and a second spot-shaped scanning mode for scanning the second spot-shaped beam on the sample are set in advance. The spot-like scan mode and the second spot-like scan mode can be switched,
In the course of the electron beam reaches the specimen from the electron gun, by reducing or eliminating the interference of the electron beam, Ri beam shape of the electron beam on the specimen Do the second spot,
The second spot-like beam, a field emission electron microscope, characterized in Oh Rukoto in spot beam form spread than the first spot beam.
[0010]
(2) The field emission electron microscope described above, wherein a scanning signal is superimposed on a deflection power source .
[0011]
(3) The field emission electron microscope described above, wherein a signal from an oscillation circuit that varies the acceleration voltage is superimposed on the acceleration voltage power source .
[0012]
(4) In the scanning mode, the above-described electric field is characterized in that the deflection coil and the deflection power source are connected via a scanning signal circuit, and the scanning signal is superimposed on the deflection coil to swing the electron beam. Emission electron microscope.
[0013]
(5) An electric field including a field emission electron gun for emitting an electron beam, a deflection coil for deflecting the electron beam to scan a sample, and a deflection power source for supplying a deflection current to the deflection coil Field emission, characterized in that in an emission electron microscope, a switching means for superimposing a scanning signal to be scanned in a predetermined shape on a deflection current is provided, and the coherence of the electron beam is reduced or eliminated by vibrating the electron beam Type electron microscope.
[0014]
(6) In a field emission electron microscope including a field emission electron gun for emitting an electron beam and an acceleration voltage power source for supplying an acceleration voltage to the field emission electron gun, the acceleration voltage power source is varied. A field emission electron microscope comprising a switching means for superimposing a signal from an oscillation circuit, and reducing or eliminating the coherence of an electron beam by changing an acceleration voltage.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, for example, a plurality of modes are selectively used by the action of a switch. When it is desired to make the best use of the characteristics of the field emission electron gun, the field emission type configuration is used as it is, and the beam shape of the electron beam on the sample is set to the first spot shape . In addition, when high interference is greatly disturbing, the interference is lost or reduced, and the beam shape of the electron beam on the sample is a second spot shape (for example, circular or rectangular, but limited to these shapes). To be observed).
[0016]
In the field emission electron microscope of the present invention, an electron beam is emitted from a field emission electron gun, and a beam of the electron beam is scanned on the sample through a deflection coil and a focusing lens.
[0017]
At least two modes, for example, a first spot-like scanning mode in which the first spot-like beam is scanned on the sample and a second spot- like scanning mode in which the second spot- like beam is scanned on the sample in advance. Is set. Preferably, the first spot-like scanning mode and the second spot- like scanning mode can be switched by a switch.
[0018]
Preferably, the second spot shape on the sample in the second spot scanning mode is circular or rectangular.
[0019]
It is preferable that the mode of the electron beam on the sample is formed in a second spot shape by reducing or eliminating the coherence of the electron beam on the way from the electron gun to the sample.
[0020]
There are various ways to eliminate or reduce the coherence of electron beams. For example, there are a method of superimposing and superposing many electron beams whose phases are shifted by largely moving the light source, and a method of superimposing electron beams whose phases are shifted by changing the energy of the electron beams.
[0021]
A field emission electron microscope according to one embodiment of the present invention preferably includes a field emission electron gun for emitting an electron beam, a deflection coil for deflecting the electron beam to scan a sample, and a deflection And a deflection power source for supplying a deflection current to the coil. The deflection power supply is provided with switching means for superimposing a scanning signal for scanning in a predetermined shape on the deflection current, and the operation causes the electron beam to vibrate at least two-dimensionally, thereby reducing the coherence of the electron beam. Or disappear.
[0022]
A field emission electron microscope according to another preferred embodiment of the present invention includes a field emission electron gun for emitting an electron beam, an acceleration voltage power source for supplying an acceleration voltage to the field emission electron gun, and Is provided. Then, a switching means for superimposing a signal from an oscillation circuit for changing the acceleration power supply is provided to the acceleration voltage power supply, and operating it to reduce the coherence of the electron beam by changing the acceleration voltage or Disappear.
[0023]
The field emission electron microscope is preferably a transmission electron microscope equipped with a field emission electron gun.
[0024]
According to the present invention, it is possible to make use of the coherence of an electron beam, which is an excellent characteristic of a field emission electron gun, or to eliminate or reduce it as necessary.
[0025]
【Example】
Embodiments 1 and 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0026]
<First embodiment>
1 and 2 show a first embodiment of the present invention.
[0027]
As shown in FIGS. 1 and 2, the field emission electron microscope according to the present invention has at least two modes, namely, a first spot-like scanning mode (FIG. 1) and a second spot- like scanning mode (FIG. 2). These two modes can be switched by a switch.
[0028]
A field emission electron microscope according to the present invention includes a field emission electron gun 1 for emitting an electron beam and a sample 2, a deflection coil 3 for deflecting the electron beam and scanning the sample, and focusing. A lens 4 is provided. In addition, a deflection power source 5 for supplying a deflection current to the deflection coil 3 and an acceleration voltage power source 6 for supplying an acceleration voltage to the field emission electron gun 1 are provided.
[0029]
Switching means for superimposing a scanning signal for scanning the deflection power source 5 in a predetermined shape (circular or rectangular second spot shape) on the deflection current, for example, a switch 10 is provided, and the electron beam is two-dimensionally operated by the switching means. Vibrate to reduce or eliminate the coherence of the electron beam.
[0030]
The deflection coil 3 for axial alignment of the electron gun 1 is provided closer to the electron gun 1 than the sample 2. The deflection coil 3 may be an axial alignment coil incorporated in advance or may be newly provided. The circuit 13 is a circuit that puts a scanning signal on the deflection coil 3. The mode of FIG. 2 in which the light source 9 on the side of the electron gun 1 is scanned within a limited range by the switch 10 for switching, and the observation or shooting without the circuit 13 is observed. The mode of FIG. 1 for photographing can be arbitrarily switched and used. The scanning size, shape, and scanning speed can be arbitrarily changed.
[0031]
The standard mode of FIG. 1 is a mode in which the actual light source 9 is shown in a first spot shape at the electron gun 1. The switch 10 is in contact with the upper contact in FIG. 2, and a first spot-like mode (probe) is formed on the sample 2 corresponding to the first spot-like light source 9.
[0032]
In the scanning mode of FIG. 2, the switch 10 is in contact with the lower contact of FIG. 2 (shown by the solid line), and the deflection coil 3 and the deflection power source 5 are connected via the scanning signal circuit 13. They are connected so that the scanning signal is superimposed on the deflection coil 3 and the electron beam is shaken, so that the coherence is lost or reduced.
[0033]
In such a mode of FIG. 2, the shape of the apparent light source is the second spot shape (for example, a circle or a rectangle) on the electron gun 1 side, and the electron beam beam is spread on the sample 2 side, Corresponding to the shape of the light source, a second spot shape (circular or rectangular) is formed. On the sample 2, image observation is performed in a form in which the beam is expanded in a second spot shape. As a result, the coherence can be reduced or eliminated. In addition, although circular and a rectangle were mention | raise | lifted as an example of 2nd spot shape, it is not limited to this.
[0034]
The size of the light source 9 of the field emission electron gun 1 generally used is actually 20 to 50 nm, for example. On the other hand, in LaB6 electron gun 1, it is 20-50 micrometers. The size of the light source 9 of the field emission electron gun 1 is extremely small, 11/500 to 1/1000 times that of the LaB6 electron gun.
[0035]
Therefore, if the light source 9 of the field emission electron gun 1 is scanned within a range of about 500 × 500 to 1000 × 1000 times (points), the coherence of the electron beam at each point changes. Although they are not integrated, the coherence can be reduced or eliminated just like the LaB6 electron gun.
[0036]
It is possible to scan larger than this. For example, scanning (scanning) can be performed within a range of about 500 × 500 times to 10000 × 10000 times (points). Thereby, the coherence can be further reduced or eliminated as compared with the LaB6 electron gun.
[0037]
In the example of FIGS. 1 and 2, since there is no change in the total amount of electron beams when scanning is performed and when scanning is not performed, the brightness of the fluorescent screen and the shutter speed during photographing are affected. It is practical enough.
[0038]
Ideally, if the light source 9 is scanned as if it were circular, it would be ideal without the direction of information acquisition. However, even if it is simply scanned in a rectangular shape, the normal purpose is sufficiently achieved. The Therefore, there is almost no need to stick to the scanning shape.
[0039]
The higher the scanning speed, the better. However, at least, the object can be achieved by scanning once during one exposure at the time of photographing . For observation on a fluorescent screen, considering the afterglow of the fluorescent screen, it is practical if it is faster than 2 to 3 times / second. Since this method is hardly affected by aberrations, it is suitable for high-resolution observation.
[0040]
<Second embodiment>
3 to 4 show a second embodiment of the present invention.
[0041]
FIG. 3 shows an example of a related member of the electron gun 1. For example, the electron gun 1 includes an emitter 21, a suppressor 22, an extractor 23, an anode 24, a heating circuit 25 for the emitter 21, a voltage control circuit 26 for the suppressor 22, a voltage control circuit 27 for the extractor 23, and the like.
[0042]
As shown in FIG. 3, switching means, for example, a switch 12 for superimposing a signal from an oscillation circuit 11 that fluctuates the acceleration power supply is provided to the acceleration voltage power supply 6 and is operated to vary the acceleration voltage. As a result, the coherence of the electron beam is reduced or eliminated. The circuit 11 is an oscillation circuit that varies the acceleration voltage of the electron beam by a certain amount (not necessarily strict). As this oscillation circuit 11, a built-in circuit such as a voltage wobbler may be used. A changeover switch 12 is used to arbitrarily switch between a mode for observing and photographing while changing the acceleration voltage of the electron beam via the oscillation circuit 11 and a mode for observing and photographing without changing the circuit 11. . The amount and speed of the change can be arbitrarily changed.
[0043]
The voltage control circuit 27 of the extractor 23 is a means for controlling the voltage applied to the electron gun 1 in order to extract the electron beam.
[0044]
The heating circuit 25 of the emitter 21 is a circuit for heating the anode 24 (electrode) in order to generate an electron beam.
[0045]
As another method of greatly shifting the phase of the electron beam in order to reduce or eliminate the coherence, it is conceivable to increase the energy fluctuation of the electron beam. However, since this method causes axial chromatic aberration and off-axis chromatic aberration such as magnification and rotation, the image quality is greatly affected.
[0046]
When the acceleration voltage U (kV) and the energy fluctuation are ΔU (kV), an example of the magnitude of the fluctuation width is ΔU / U> = 0 to 2 × 10 −4 . The range is not limited to this. Practically, it can be varied within a range of ΔU / U> = 0 to 2 × 10 −3 . Outside this range, off-axis chromatic aberration generally becomes conspicuous, and the image quality at the central portion is also deteriorated due to the on-axis chromatic aberration, but image observation of the interface on the fluorescent screen is sufficiently possible. However, it varies greatly depending on the observation magnification. Therefore, it is practical enough if the magnitude of the fluctuation range can be varied by about ΔU / U> = 0 to 2 × 10 −3 . The shape of the fluctuation may be any of rectangular wave, sawtooth wave, sine wave, and the like. Furthermore, the shape of the variation need not be periodic.
[0047]
The speed of fluctuation is not as fast as the scanning of a, but the object is achieved if it fluctuates at least once during one exposure. For observation, considering the afterglow of the fluorescent screen, it is practical if it is 2 to 3 times / second.
[0048]
FIG. 4 shows a detailed structure of a field emission type electron gun according to the second embodiment shown in FIG.
[0049]
In FIG. 4, an anode 24 is an electrode to which an acceleration voltage is applied. Such an electrode is generally called a Schottky field emission electron gun (also referred to as a field emission electron gun, or FE electron gun). , Brightness close to that of a cold field emission electron gun is obtained, the initial velocity energy width of the electron beam is not significantly different from that of a cold field emission electrode, and the stability is extremely high, and the vacuum is also higher than that of a cold field emission electrode. Since it is easy, it is used a lot. However, unlike a cold field emission electron gun, a Schottky field emission electron gun must be used by heating the tip of the tip of the electron gun to about 1700 ° C. Therefore, many thermoelectrons are generated in the vicinity of the heating circuit 25 of the emitter 21. The heating circuit 25 of the emitter 21 refers to a circuit for generating electrons. By applying a reverse voltage so that unnecessary things such as thermionic electrons do not jump out, the unnecessary things are confined inside. The reverse voltage applied to confine (suppress) unnecessary thermoelectrons is called a suppressor voltage, and this is controlled by the voltage control circuit 26 of the suppressor 22.
[0050]
The chip of the field emission electron gun 1 is arranged so as to slightly protrude by a suppressor 22 (suspessa). A strong electric field is applied by the extractor 23 ahead. As a result, a strong potential gradient is generated at the tip of the chip, and electrons jump out.
[0051]
The extractor voltage is a voltage applied to extract electrons generated by the emitter circuit 25. The electrode for applying the voltage is the extractor 23.
[0052]
For the field emission chip, tungsten crystals are usually used. A number of crystal planes are formed at the tip, and there are a plurality of crystal planes in which electrons are likely to jump out. Therefore, although a plurality of electron beams are generated, they are adjusted and used so that only the center of the electron beam comes to the lower lens system. It is preferable to obtain a nearly ideal electron beam by finely adjusting the chip temperature, suppressor voltage, extractor voltage, and the like. If the temperature of the chip is changed, the positional relationship between the chip and the suppressor changes due to thermal expansion or the like.
[0053]
In any of the above-described embodiments, when it is desired to make the best use of the coherence of the electron beam, the configuration is used as it is, and when the high coherence is greatly disturbed, the coherence is instantaneously reduced by a switch and observed. Can do.
[0054]
【The invention's effect】
According to the present invention, the excellent coherence can be fully utilized, and the disadvantages caused thereby can be solved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows one mode of a field emission electron microscope according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows another mode of the field emission electron microscope according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a configuration of an electron gun side of a field emission electron microscope according to a second embodiment of the present invention.
4 shows a detailed structure of a related member of the electron gun of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron gun 2 Sample 3 Deflection coil 4 Focusing lens 5 Deflection power supply 6 Acceleration voltage power supply 9 Light source 10 Switch 11 Oscillation circuit 13 Circuit 21 Emitter 22 Suppressor 23 Extractor 24 Anode 25 Emitter 21 heating circuit 26 Suppressor 22 voltage control circuit 27 Voltage control circuit of extractor 23

Claims (3)

電界放出型の電子銃から電子線を放出して、試料上で電子線のビームを走査させる電界放出型電子顕微鏡において、
試料上で第1スポット状のビームを走査させる第1スポット状走査モードと、試料上で第2スポット状のビームを走査させる第2スポット状走査モードとが予め設定されており、それらの第1スポット状走査モードと第2スポット状走査モードが切り換え可能になっており、
電子線が電子銃から試料に至る途中で、電子線の干渉性を低下又は消失させることにより、試料上での電子線のビーム形状が第2スポット状になり、
第2スポット状のビームが、第1スポット状のビームよりも広げた形のスポット状ビームであることを特徴とする電界放出型電子顕微鏡。
In a field emission electron microscope that emits an electron beam from a field emission electron gun and scans a beam of the electron beam on a sample,
A first spot-shaped scanning mode for scanning the first spot-shaped beam on the sample and a second spot-shaped scanning mode for scanning the second spot-shaped beam on the sample are set in advance. The spot-like scan mode and the second spot-like scan mode can be switched,
In the middle of the electron beam from the electron gun to the sample, by reducing or eliminating the coherence of the electron beam, the beam shape of the electron beam on the sample becomes a second spot shape,
A field emission electron microscope characterized in that the second spot-shaped beam is a spot-shaped beam which is wider than the first spot-shaped beam.
電子線を放出するための電界放出型電子銃と、電子線を偏向させて試料を走査するための偏向コイルと、偏向コイルに偏向電流を供給するための偏向電源とを備えた電界放出型電子顕微鏡において、
所定形状で走査させる走査信号を偏向電流に重畳させるための切り換え手段を設け、電子線を振動させることにより電子線の干渉性を低下または消失させることを特徴とする電界放出型電子顕微鏡。
A field emission electron having a field emission electron gun for emitting an electron beam, a deflection coil for deflecting the electron beam to scan a sample, and a deflection power source for supplying a deflection current to the deflection coil In the microscope,
A field emission electron microscope comprising a switching means for superimposing a scanning signal to be scanned in a predetermined shape on a deflection current, and reducing or eliminating the coherence of the electron beam by vibrating the electron beam.
電子線を放出するための電界放出型電子銃と、電界放出型電子銃に加速電圧を供給するための加速電圧電源とを備えた電界放出型電子顕微鏡において、
加速電圧電源を変動させる発振回路からの信号を重畳させるための切り換え手段を設け、加速電圧を変動させることにより電子線の干渉性を低下又は消失させることを特徴とする電界放出型電子顕微鏡。
In a field emission electron microscope comprising a field emission electron gun for emitting an electron beam and an acceleration voltage power source for supplying an acceleration voltage to the field emission electron gun,
A field emission electron microscope comprising a switching means for superimposing a signal from an oscillation circuit for changing an acceleration voltage power source, and reducing or eliminating the coherence of an electron beam by changing the acceleration voltage.
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