(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極(2)と抽出電極(3)と陽極(4)とコンデンサレンズ(5)とを有し、粒子線を生成する銃レンズ(1,1',1″)において、
前記コンデンサレンズ(5)によって前記抽出電極(3)と陽極(4)上に磁場(6)が生成され、
前記コンデンサレンズ(5)の鉄磁気回路に接続し、かつ、前記陰極(2)から抽出電極(3)の間に配置された、磁性材よりなる要素を備え、
前記抽出電極(3)と陽極(4)の間に減速場が生成されている
銃レンズ。
【請求項２】
陰極(2)と抽出電極(3)と陽極(4)とコンデンサレンズ(5)とを有し、粒子線を生成する銃レンズ(1,1',1″)において、
前記コンデンサレンズ(5)によって、前記抽出電極(3)と陽極(4)上に磁場(6)が生成され、
前記コンデンサレンズ(5)の鉄磁気回路に対して隙間を形成して設けられ、かつ、前記陰極(2)から抽出電極(3)の間に配置された、磁性材よりなる要素を備え、
前記抽出電極(3)と陽極(4)の間に減速場が生成されている銃レンズ。
【請求項３】
前記陽極(4)は接地電圧である請求項１または２に記載の銃レンズ。
【請求項４】
前記陰極(2)上にて放射される粒子は前記抽出電極(3)と陽極(4)の間に減速場において、３ｋＶ以下の最終エネルギまで減速される請求項１または２に記載の銃レンズ。
【請求項５】
前記コンデンサレンズ(5)は単極レンズとして構成されている請求項１または２に記載の銃レンズ。
【請求項６】
前記陰極(2)は電界放出電極として構成されている請求項１または２に記載の銃レンズ。
【請求項７】
前記陰極(2)は、前記陰極の先端から直接放射していない粒子を抑制する抑制電極(7)が重ねられた熱電界放出電極として形成されている請求項１または２に記載の銃レンズ。
【請求項８】
前記陰極(2)は光電電極として形成されている請求項１または２に記載の銃レンズ。
【請求項９】
前記銃レンズ内で、放出された粒子が最終エネルギまで減速される請求項１または２に記載の銃レンズ。
【請求項１０】
前記磁性材よりなる要素(8)は前記抽出電極(3)によって形成されている請求項１または２に記載の銃レンズ。
【請求項１１】
陰極(2)と抽出電極(3)と陽極(4)とコンデンサレンズ(5)とを有する粒子線を生成するための銃レンズ(1,1',1″)と、前記粒子線をブランキングするためのビームブランキング装置(9)と、を有する粒子線装置において、
前記コンデンサレンズ(5)の鉄磁気回路に接続し、かつ、前記陰極(2)から抽出電極(3)の間に配置された、磁性材よりなる要素を備え、
前記コンデンサレンズ(5)によって、前記抽出電極(3)と陽極(4)上に磁場(6)が生成され、
前記抽出電極(3)と陽極(4)の間に減速場が生成されている
粒子線装置。
【請求項１２】
陰極(2)と抽出電極(3)と陽極(4)とコンデンサレンズ(5)とを有する粒子線を生成するための銃レンズ(1,1',1″)と、前記粒子線をブランキングするためのビームブランキング装置(9)と、を有する粒子線装置において、
前記コンデンサレンズ(5)の鉄磁気回路に対して隙間を形成して設けられ、かつ、前記陰極(2)から抽出電極(3)の間に配置された、磁性材よりなる要素を備え、
前記コンデンサレンズ(5)によって、前記抽出電極(3)と陽極(4)上に磁場(6)が生成され、
前記抽出電極(3)と陽極(4)の間に減速場が生成されている
粒子線装置。
【請求項１３】
前記銃レンズ(1,1',1″)は前記ビームブランキング装置(9)内を横断するビームを生成する請求項１１または１２に記載の粒子線装置。
【請求項１４】
前記銃レンズ内で、放出された粒子が最終エネルギまで減速される請求項１１または１２に記載の粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提部に記載された粒子線を発生するための銃レンズに関する。銃レンズは、陰極、抽出電極、陽極及びコンデンサレンズを有する。本発明は又、このような銃レンズを供えた粒子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な形態の銃レンズが当業者に知られている。エイ・デロング、ジェイ・チェメリク、ヴイ・コラリク、ジェイ・クムルカ、ジェイ・オカドリクによる“磁気レンズを供えた電界放出電子銃の新しい設計”オプティク誌、１９８９年、第３号、第１０４〜１０８頁に、部分的に重畳された磁界と共に当業者に使用されている電界放出ソースが示されている。
【０００３】
このような電界放出ソースは例えば、粒子線装置、特に、電子顕微鏡に使用される。従来、先ず最初に電子が加速され試験片に到達する僅か前に最終エネルギに減速される場合、極めて僅かな球面収差及び色収差が得られると仮定されていた。このような装置は実用に耐え得ることが証明されている。粒子が電子銃内にて既に最終エネルギを有するような試験も実施されている。しかしながら、これらの銃を使用する場合、比較的高い収差係数を受け入れる必要があり、多くの適用例では、それを許容することができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、低収差係数及び高空間解像度を有する粒子線を発生するための請求項１の前提部による銃レンズ及び請求項１４の前提部による粒子線装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１及び請求項１４項の特徴部を組み合わせることによって達成され、減速場が抽出電極と陽極の間に生成され、コンデンサレンズは、陰極、抽出電極及び陽極上に重畳された磁場を生成する。
【０００６】
生成された粒子線は、この重畳された磁場によって、光軸周りの軌道上に配置されるように強制され、それによって特に球面収差及び色収差が減少される。
【０００７】
本発明の更なる例は、特許請求の範囲の従属項の内容にある。好ましい例では、陽極は接地電位にある。それによって、粒子線装置の構造が実質的に簡単化される。なぜなら、それに接続している全ての装置もまた、接地電位にすることができるからである。
【０００８】
本発明の利点及び例は、幾つかの例の記述及び図面によって詳細に明らかとなろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に粒子線を発生するための銃レンズが示されている。銃レンズは、基本的には、陰極２、抽出電極３、陽極４及びコンデンサレンズ５を含む。
【００１０】
陰極２は、必要に応じて光電電極又は電界放出電極として構成されてよい。陰極２には電圧ＵＫ  が印加される。更に、抽出電極３及び陽極４には電圧ＵＥＸ、ＵＡＮがそれぞれ印加される。
【００１１】
陰極２、抽出電極３及び陽極４の間の電圧分布は、抽出電極３と陽極４の間に減速場が生成されるように、選択される。この減速場では、陰極２上にて放出された粒子は好ましくは、最終エネルギが３ｋｅＶ以下に減速される。
【００１２】
コンデンサレンズ５によって、陰極２、抽出電極３及び陽極４上に同時に重畳された磁場が生成される。軸線方向の磁場分布が図１の例に示され、参照符号６が付されている。
【００１３】
コンデンサレンズ５は、従来より、鉄回路５ａ及びコイル５ｂよりなる。図示の例では、コンデンサレンズ５は、単極レンズとして構成されている。
【００１４】
特に、陰極２が熱電界放出電極として構成されている場合、陰極を抑制電極７によって重畳すると特に好都合である。この抑制電極７は、陰極の先端から直接放出していない粒子を抑制する。陰極の先端から遠く離れた領域から発する粒子は、仮想ソースの寸法を拡大し、従って輝度を減少させる。
【００１５】
図２には、銃レンズ１’の第２の例が示されている。これは、図１の例と比較して、陰極の領域にコンデンサレンズによって生成された磁場に影響を与えるための要素８のみが異なる。この要素８は磁性材より形成され、好ましくは、陰極２と抽出電極３の間に配置される。
【００１６】
図２に示された例では、磁性材よりなる要素８はコンデンサレンズ５の鉄回路５ａに接続されている。この磁気要素８によって、コンデンサレンズ５の磁場は、陰極の先端の領域にて正確に影響を受けることができる。
【００１７】
本発明の範囲にて、磁気要素８と抽出電極３は、磁気要素８の機能と抽出電極３の機能を有する単一の構成要素として構成されてよい。しかしながら、磁気要素８が抽出電極３をダイヤフラム挿入体として含むように構成してもよい。この場合、磁気要素８及び抽出電極３は同一の電位又は異なる電位が印加されることができる。
【００１８】
図３には、銃レンズ１”及びビームブランキング装置９を供えた粒子線装置が示されている。この銃レンズ１”は、図２の銃レンズと比較して、コンデンサレンズ５の磁場に影響を与える磁性材より形成された要素８’のみが異なる。この場合、要素８’は、コンデンサレンズ５の鉄回路５ａに接続されていないが、鉄回路５ａと共に空気の隙間を形成している。
【００１９】
銃レンズの各電極は、放出された粒子が銃レンズ内では既に最終エネルギまで減速されているように、荷電され、更に、陽極は接地されているので、それに接続された全ての粒子線装置の構成要素は接地電圧にされることができる。粒子線は通常真空内を案内されるため、高い費用をかけて、接続された構成要素を高電圧より遮断することが不要となる。
【００２０】
他のダイヤフラム及びレンズとは別に、粒子線装置は特にビームブランキング装置９を有し、それによって試験片１０に衝突する粒子線は必要な場合にブランキングされることができる。試験片の領域において高い空間解像度が必要な場合、銃レンズによってビームブランキング装置９の領域を横断するビームを生成すると特に都合がよい。
【００２１】
こうして銃レンズは、光学装置内に銃による仮想ビームを像化する集光要素として機能する。粒子線が所定の最終エネルギを有するべき焦点距離は、抽出電極３の電位及びコンデンサレンズ５の励起によって決まる。一定のレンズ特性即ち、一定の焦点距離を達成するためには、もし電位ＵＥＸが変化するなら、コンデンサレンズ５の励起はそれに対応して調整されなければならない。コンデンサレンズ５の励起と同様に電位の制御は、所定のプログラムに従って作動する制御装置１１によってなされる。
【００２２】
粒子の最終エネルギが２００ｅＶから５ｋｅＶの範囲のとき、抽出電極３の電圧は３ｋＶと７ｋＶの間の範囲にあるが、この電圧は、基本的には、ソースの形状、エミッタから抽出電極３までの距離、及び放出電流に依存する。抑制電極７の電圧は典型的には−１００Ｖと−１ｋＶの間である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明による銃レンズ１、１’、１”は、高い輝度、低収差係数、及び高空間解像度を有する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による銃レンズの第１の例の概略的断面図である。
【図２】本発明による銃レンズの第２の例の概略的断面図である。
【図３】本発明による銃レンズを供えた粒子線装置の概略的断面図である。
【符号の説明】
１、１’、１”  銃レンズ
２  陰極
３  抽出電極
４  陽極
５  コンデンサレンズ
５ａ  鉄回路
５ｂ  コイル
６  磁場分布
７  抑制電極
８、８’  磁気要素
９  ビームブランキング装置
１０  試験片
１１  制御装置
【図１】
0003558325.tif 000002
【図２】
0003558325.tif 000003
【図３】
0003558325.tif 000004