特表 2025-500975 電子顕微鏡、電子顕微鏡用の電子源、および電子顕微鏡を動作させる方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-01-15

(54)【発明の名称】電子顕微鏡、電子顕微鏡用の電子源、および電子顕微鏡を動作させる方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/073 20060101AFI20250107BHJP

   H01J 37/065 20060101ALI20250107BHJP

   H01J 37/141 20060101ALI20250107BHJP

   H01J 37/18 20060101ALI20250107BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

H01J37/073

H01J37/065

H01J37/141 Z

H01J37/18

H01J37/28 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024538076

(86)(22)【出願日】2022-10-13

(85)【翻訳文提出日】2024-06-21

(86)【国際出願番号】 EP2022078535

(87)【国際公開番号】W WO2023117173

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】17/557,700

(32)【優先日】2021-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】501493587

【氏名又は名称】アイシーティー インテグレーテッド サーキット テスティング ゲゼルシャフト フィーア ハルプライタープリーフテヒニック エム ベー ハー

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100119013

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(72)【発明者】

【氏名】アダメツ パヴェル

【テーマコード（参考）】

5C101

【Ｆターム（参考）】

5C101AA03

5C101BB01

5C101BB03

5C101BB07

5C101BB10

5C101CC04

5C101CC05

5C101DD06

5C101DD14

5C101DD18

5C101DD23

5C101DD25

5C101EE04

5C101EE13

5C101EE14

5C101EE19

5C101EE26

(57)【要約】

電子顕微鏡（１００）が記載されている。この電子顕微鏡は、電子ビームを発生させるための電子源（１１０）と、電子源の下流で電子ビームをコリメートするためのコンデンサレンズ（１３０）と、電子ビームを試料（１６）上に集束させるための対物レンズ（１４０）とを備える。この電子源は、放出先端（１１２）を備える冷陰極電界放出型エミッタと、光軸（Ａ）に沿って伝搬させるために電子ビーム（１０５）を冷陰極電界放出型エミッタから引き出すための引出し電極（１１４）であり、第１のビーム絞り開孔として構成された第１の開口（１１５）を有する、引出し電極（１１４）と、放出先端（１１２）を、放出先端を加熱することによって洗浄するための第１の洗浄装置（１２１）と、引出し電極（１１４）を、引出し電極を加熱することによって洗浄するための第２の洗浄装置（１２２）とを備える。さらに、そうした電子顕微鏡を動作させる方法も記載されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子源（１１０）であって、
放出先端（１１２）を備える冷陰極電界放出型エミッタ、
光軸（Ａ）に沿って伝搬させるために電子ビーム（１０５）を前記冷陰極電界放出型エミッタから引き出すための引出し電極（１１４）であり、第１のビーム絞り開孔として構成された第１の開口（１１５）を有する、前記引出し電極（１１４）、
前記放出先端（１１２）を、前記放出先端を加熱することによって洗浄するための第１の洗浄装置（１２１）、および
前記引出し電極（１１４）を、前記引出し電極を加熱することによって洗浄するための第２の洗浄装置（１２２）
を備える、前記電子源（１１０）と、
前記電子源の下流で前記電子ビームをコリメートするためのコンデンサレンズ（１３０）と、
前記電子ビームを試料上に集束させるための対物レンズ（１４０）と
を備える、電子顕微鏡（１００）。

【請求項2】

前記第１の洗浄装置（１２１）が、前記放出先端と熱接触した加熱フィラメント（１２５）を備え、前記放出先端が、前記加熱フィラメントに取り付けられているか、または結合されている、請求項１に記載の電子顕微鏡。

【請求項3】

前記第２の洗浄装置（１２２）が、前記引出し電極に隣接して配置された加熱ワイヤ（１２６）を備え、前記加熱ワイヤ（１２６）が、１５００℃以上の温度まで加熱されるように構成されている、請求項１または２に記載の電子顕微鏡。

【請求項4】

前記加熱ワイヤが、前記引出し電極の前記第１の開口（１１５）を少なくとも部分的に取り囲むように配置されている、請求項３に記載の電子顕微鏡。

【請求項5】

前記加熱ワイヤ（１２６）がタンタルを含み、またはタンタルでできている、請求項３または４に記載の電子顕微鏡。

【請求項6】

洗浄コントローラ（１２８）を備え、前記洗浄コントローラ（１２８）が、
第１の洗浄モードにおいて、前記放出先端を１５００℃よりも高い温度まで加熱するために、前記放出先端と熱接触した加熱フィラメント（１２５）に電流が流れることを可能にするように構成されており、ならびに／または
第２の洗浄モードにおいて、前記引出し電極を少なくとも部分的に５００℃よりも高い温度まで加熱すること、および前記引出し電極の表面で電子刺激脱離を生じさせることのうちの少なくとも一方のために、前記第２の洗浄装置の加熱ワイヤ（１２６）に電流が流れることを可能にするように構成されている、
請求項１～５のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項7】

前記放出先端（１１２）と前記引出し電極（１１４）の前記第１の開口（１１５）との間の距離が５ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下である、請求項１～６のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項8】

前記コンデンサレンズ（１３０）が、第１の内側磁極片および第１の外側磁極片を有する磁気コンデンサレンズであり、前記放出先端と前記第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離（Ｄ１）が、前記放出先端と前記第１の外側磁極片との間の第２の軸方向距離（Ｄ２）よりも大きい、請求項１～７のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項9】

前記対物レンズ（１４０）が、第２の内側磁極片および第２の外側磁極片を有する磁気対物レンズであり、前記第２の内側磁極片とサンプルステージとの間の第３の軸方向距離が、前記第２の外側磁極片と前記サンプルステージとの間の第４の軸方向距離よりも大きい、請求項１～８のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項10】

前記電子ビームを５ｋｅＶ以上のエネルギーまで加速するための加速セクションであって、前記コンデンサレンズの上流にあるか、または前記コンデンサレンズと少なくとも部分的に重なっている、前記加速セクションと、
前記電子ビームを前記５ｋｅＶ以上のエネルギーから２ｋｅＶ以下の入射エネルギーまで減速するための減速セクションであって、前記対物レンズの下流にあるか、または前記対物レンズと少なくとも部分的に重なっている、前記減速セクションと
を備える、請求項１～９のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項11】

前記第１のビーム絞り開孔が、第１の差動排気開孔として機能するように配置されている、請求項１～１０のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項12】

前記コンデンサレンズ（１３０）と前記対物レンズ（１４０）との間に第２のビーム絞り開孔（１３２）をさらに備え、前記第２のビーム絞り開孔（１３２）が、第２の差動排気開孔として機能するように配置されている、請求項１～１１のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項13】

前記放出先端（１１２）が第１の真空領域（１０ａ）に配置されており、前記コンデンサレンズ（１３０）が第２の真空領域（１０ｂ）に配置されており、前記電子顕微鏡が、前記第１の真空領域（１０ａ）を排気するためのイオンゲッタポンプ（１３）および非蒸発型ゲッタポンプ（１４）を備える、請求項１～１２のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項14】

走査偏向器をさらに備え、前記電子顕微鏡が、高スループットウエハ検査用の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）として構成されている、請求項１～１３のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項15】

電子顕微鏡用の電子源であって、
放出先端を備える冷陰極電界放出型エミッタと、
光軸に沿って伝搬させるために電子ビームを前記冷陰極電界放出型エミッタから引き出すための引出し電極と、
前記放出先端を、前記放出先端を加熱することによって洗浄するための第１の洗浄装置と、
前記引出し電極を、前記引出し電極を加熱することによって洗浄するための第２の洗浄装置と
を備える、電子源。

【請求項16】

冷陰極電界放出型エミッタを備える電子源を有する電子顕微鏡を動作させる方法であって、
第１の洗浄モードにおいて、前記冷陰極電界放出型エミッタの放出先端を、前記放出先端を加熱することによって洗浄すること、
第２の洗浄モードにおいて、前記電子源の引出し電極を、前記引出し電極を加熱することによって洗浄すること、ならびに
動作モードにおいて、
光軸に沿って伝搬させるために電子ビームを前記冷陰極電界放出型エミッタから引き出すことであり、前記電子ビームが、前記引出し電極に提供された第１の開口によって整形される、前記引き出すこと、
コンデンサレンズを用いて前記電子ビームをコリメートすること、および
対物レンズを用いて前記電子ビームを試料上に集束させること
を含む、方法。

【請求項17】

前記第１の洗浄モードにおいて、前記放出先端を１５００℃よりも高い温度まで加熱するために、前記放出先端が結合した加熱フィラメントに電流が流れる、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記第２の洗浄モードにおいて、電子刺激脱離および熱ガス放出のうちの少なくとも一方または両方によって前記引出し電極を洗浄するために電子を前記加熱ワイヤから熱放出させるために、前記引出し電極に隣接して配置された加熱ワイヤに電流が流れる、請求項１６または１７に記載の方法。

【請求項19】

前記動作モードでの所定の期間の後に前記動作モードから前記第１の洗浄モードに切り替わること、特に、所定の動作間隔で前記第１の洗浄モードに自動的に切り替わることを含む、請求項１６～１８のいずれかに記載の方法。

【請求項20】

前記放出先端が第１の真空領域に配置されており、前記コンデンサレンズが、前記第１の真空領域の下流の第２の真空領域に配置されており、前記第１の開口が、前記第１の真空領域と前記第２の真空領域との間の差動排気開孔として機能し、前記方法が、
前記第１の真空領域および前記第２の真空領域を差動排気することを含み、前記第２の真空領域の下流に配置された第３の真空領域を、前記第２の真空領域と前記第３の真空領域との間に配置された第２の差動排気開孔を介して差動排気することを含んでもよい、
請求項１６～１９のいずれかに記載の方法。

【請求項21】

前記動作モードにおいて、
加速セクション内で前記電子ビームの電子を５ｋｅＶ以上のエネルギーまで加速することであって、前記加速セクションが、前記コンデンサレンズの上流にあるか、または前記コンデンサレンズと少なくとも部分的に重なっている、前記加速すること、
第１の内側磁極片および第１の外側磁極片を有する前記コンデンサレンズを用いて前記電子ビームをコリメートすることであって、前記放出先端と前記第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離が、前記放出先端と前記第１の外側磁極片との間の第２の軸方向距離よりも大きい、前記コリメートすること、ならびに
減速セクション内で前記電子ビームの前記電子を３ｋｅＶ以下の入射エネルギーまで減速することであって、前記減速セクションが、前記対物レンズの下流にあるか、または前記対物レンズと少なくとも部分的に重なっている、前記減速すること
をさらに含む、請求項１６～２０のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に記載された実施形態は、検査もしくは撮像システム用途、試験システム用途、リソグラフィシステム用途または他の同様の用途の電子装置、特に電子顕微鏡、とりわけ走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に関する。詳細には、本明細書に記載された実施形態は、高分解能および高スループット用途の高輝度電子ビームを提供する冷陰極電界放出型エミッタ（ｃｏｌｄ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔｅｒ）を備える電子顕微鏡に関する。より詳細には、高スループットウエハ検査ＳＥＭが記載されている。本明細書に記載された実施形態は、電子顕微鏡用の電子源、および電子顕微鏡を動作させる方法にさらに関する。

【背景技術】

【0002】

電子顕微鏡は、限定はされないが、半導体基板、ウエハおよび他の試料の検査または撮像、限界寸法測定、欠陥調査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置ならびに試験システムを含む複数の産業分野における多くの機能を有する。試料をマイクロメートルおよびナノメートル規模で構造化、試験、検査および撮像することに対する大きな需要がある。電子顕微鏡は、高分解能撮像および検査を可能にする優れた空間分解能、例えば光子ビームに比べて優れた空間分解能を提供する。

【0003】

電子顕微鏡は、試料に衝突する電子ビームを発生させる電子源または「電子銃」を含む。熱電界放出型エミッタ、ショットキーエミッタ、熱支援電界放出型エミッタおよび冷陰極電界放出型エミッタを含むさまざまなタイプの電子源が知られている。冷陰極電界放出型エミッタ（ｃｏｌｄ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔｅｒ）（ＣＦＥ）は、動作中も冷たい（＝加熱されていない）放出先端（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｉｐ）を含み、この放出先端は、放出先端と引出し電極（ｅｘｔｒａｃｔｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）との間に高静電界を印加することによって電子を放出する。熱電界放出型エミッタは通常、高電流電子ビームを提供することができるが、冷陰極電界放出型エミッタは、高分解能を達成するのに適した高輝度電子ビームプローブを提供するポテンシャルを有する。

【0004】

しかしながら、ＣＦＥは汚染に関して特に敏感であり、したがって、ＣＦＥは、真空排気された（ｅｖａｃｕａｔｅｄ）銃ハウジング内の極めて良好な真空条件下で、詳細には超高真空条件下で動作させるべきである。それでも、真空排気された銃ハウジング内には、不必要なイオン、イオン化分子または他の汚染粒子が存在しうる。例えば、帯電した汚染粒子は、放出先端が機械的に変形しうるようなまたは他のやり方で負の影響を受けうるような態様で、エミッタに向かって加速されうる。さらに、エミッタ表面または電子源の他の表面での粒子の蓄積は、ノイズおよび他のビーム不安定性を導入しうる。

【0005】

詳細には、電子銃のこの領域の汚染粒子は、不安定なまたはノイズの多い電子ビームにつながることがあり、例えば、変動するビーム電流または可変のビーム断面につながることがある。したがって、電子顕微鏡内の真空条件、詳細にはＣＦＥを収容した銃ハウジング内の真空条件が決定的に重要である。

【0006】

以上のことを考慮すれば、電子顕微鏡内の電子ビームのビーム安定性を向上させること、および銃ハウジング内の汚染粒子の量を低減させることは有益であろう。詳細には、獲得可能な分解能およびスループットをさらに向上させうる向上した安定性を有する高輝度電子ビームを放出するＣＦＥ電子銃を備えるコンパクトな電子顕微鏡を提供することは有益であろう。さらに、向上したビーム安定性を有する高輝度電子ビームを提供するように電子顕微鏡を動作させる方法を提供することも有益であろう。

【発明の概要】

【0007】

以上のことを考慮して、独立請求項による電子顕微鏡、電子源、および電子顕微鏡を動作させる方法が提供される。追加の態様、利点および特徴は、従属請求項、本明細書の説明および添付図面から明らかである。

【0008】

一態様によれば、電子顕微鏡が提供される。この電子顕微鏡は、電子源、コンデンサレンズおよび対物レンズを含む。電子源は、放出先端を備える冷陰極電界放出型エミッタ（ＣＦＥ）と、光軸に沿って伝搬させるために電子ビームを冷陰極電界放出型エミッタから引き出すための引出し電極であって、第１のビーム絞り開孔（ｂｅａｍ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ａｐｅｒｔｕｒｅ）として構成された第１の開口を有する、引出し電極と、放出先端を、放出先端を加熱することによって洗浄するための第１の洗浄装置（ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）と、引出し電極を、引出し電極を加熱することによって洗浄するための第２の洗浄装置とを含む。コンデンサレンズは、電子源の下流で電子ビームをコリメートするためのレンズであり、対物レンズは、電子ビームを試料上に集束させるためのレンズである。

【0009】

一態様によれば、本明細書に記載された電子顕微鏡用の電子源が提供される。この電子源は、放出先端を備える冷陰極電界放出型エミッタ（ＣＦＥ）と、光軸に沿って伝搬させるために電子ビームを冷陰極電界放出型エミッタから引き出すための引出し電極と、放出先端を、放出先端を加熱することによって洗浄するための第１の洗浄装置と、引出し電極を、引出し電極を加熱することによって洗浄するための第２の洗浄装置とを含む。この電子源は、本明細書に記載された電子顕微鏡または高輝度電子銃を使用する別の電子装置で使用することができる。

【0010】

別の態様によれば、冷陰極電界放出型エミッタを備える電子源を有する電子顕微鏡を動作させる方法が提供される。この方法は、第１の洗浄モードにおいて、冷陰極電界放出型エミッタの放出先端を、放出先端を加熱することによって洗浄すること、第２の洗浄モードにおいて、電子源の引出し電極を、引出し電極を加熱することによって洗浄すること、ならびに、動作モードにおいて、光軸に沿って伝搬させるために電子ビームを冷陰極電界放出型エミッタから引き出すことであって、この電子ビームが、引出し電極に提供されていてもよい第１の開口によって整形される、引き出すこと、コンデンサレンズを用いて電子ビームをコリメートすること、および対物レンズを用いて電子ビームを試料上に集束させることを含む。

【0011】

別の態様によれば、冷陰極電界放出型エミッタを備える電子源を洗浄する方法が提供される。この方法は、第１の洗浄モードにおいて、冷陰極電界放出型エミッタの放出先端を、放出先端を加熱することによって洗浄すること、および第２の洗浄モードにおいて、電子源の引出し電極を、引出し電極を加熱することによって洗浄することを含む。第１および第２の洗浄モードでの洗浄の後、電子ビームを発生させるため、例えば本明細書に記載された電子顕微鏡内で電子ビームを発生させるために、電子源を動作させることができる。

【0012】

電子顕微鏡を第１の洗浄モードにセットするため、例えば電子顕微鏡を動作させる所定の間隔の後に電子顕微鏡を第１の洗浄モードにセットするため、および／もしくは電子顕微鏡を第２の洗浄モードにセットするため、例えば空気を用いた銃ハウジングのフラッディング（ｆｌｏｏｄｉｎｇ）の後に電子顕微鏡を第２の洗浄モードにセットするため、またはビーム安定性を向上させるために、洗浄コントローラが提供されてもよい。

【0013】

実施形態は、開示された方法を実行するための装置も対象としており、記載されたそれぞれの方法特徴を実行するための装置部分を含む。これらの方法特徴は、ハードウェアコンポーネント、適切なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータ、これらの２つの任意の組合せ、または他の任意の手段によって実行することができる。さらに、実施形態は、記載された装置を製造する方法、記載された装置を動作させる方法、および記載された電子顕微鏡を用いて試料を検査または撮像する方法も対象としている。この方法は、記載された装置のあらゆる機能を実行するための方法特徴を含む。

【0014】

上に挙げた本開示の特徴を詳細に理解することができるようにするため、実施形態を参照することによって、上で概要を簡単に示したより詳細な説明を得ることができる。添付図面は本開示の実施形態に関係し、以下で説明される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本明細書に記載された実施形態による、冷陰極電界放出型エミッタを含む電子源を備える電子顕微鏡の概略断面図である。

【図2】本明細書に記載された実施形態による、冷陰極電界放出型エミッタを含む電子源を備える電子顕微鏡の概略断面図である。

【図3】本明細書に記載された実施形態による、電子顕微鏡を動作させる方法を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、さまざまな実施形態を詳細に参照する。それらの実施形態の１つまたは複数の例が図に示されている。以下の説明では、同じ参照符号が同じ構成要素を指す。一般に、個々の実施形態に関する違いだけが説明される。それぞれの例は、説明のために示されているのであり、限定を意図したものではない。さらに、１つの実施形態の部分として図示または記載された特徴を他の実施形態でまたは他の実施形態とともに使用して、追加の実施形態を与えることができる。この説明はそのような変更および変形を含むことが意図されている。

【0017】

電子顕微鏡では、サンプルステージ上に置かれた試料上に電子ビームを導く。詳細には、検査対象の試料の表面に電子ビームを集束させる。電子が試料に衝突すると、試料によって信号粒子が放出され、散乱し、および／または反射される。信号粒子は特に、２次電子および／または後方散乱電子、詳細には２次電子（ＳＥ）と後方散乱電子（ＢＳＥ）の両方を包含する。信号電子は、１つまたは複数の電子検出器によって検出され、試料を検査または撮像するために、対応するそれぞれの検出器信号がプロセッサによって処理または分析されることがある。例えば、信号電子に基づいて試料の少なくとも一部分の像を生成することができ、または、欠陥を決定するため、堆積させた構造体の品質を確認するため、および／もしくは限界寸法（ＣＤ）測定を実施するために試料を検査することができる。

【0018】

図１は、本明細書に記載された実施形態による電子顕微鏡１００の概略図である。電子顕微鏡１００は、電子ビーム１０５、例えば検査または撮像用途に使用することができる電子ビーム１０５を発生させるように構成された電子源１１０を含む。電子顕微鏡１００は、電子ビームの発散を低減させる（本明細書ではこれを「コリメーション」と呼ぶ）ように構成されたコンデンサレンズ１３０、特に、試料１６上に集束させるために光軸Ａに沿って対物レンズ１４０に向かって伝搬する、わずかに発散しているだけの電子ビーム、平行な電子ビームまたは収束している電子ビームを提供するために電子ビームの発散を低減させるように構成されたコンデンサレンズ１３０をさらに含む。詳細には、コンデンサレンズ１３０と対物レンズ１４０の組合せ動作によって、サンプルステージ１８上に置かれていてもよい試料１６の表面に電子ビーム１０５を集束させてもよい。サンプルステージ１８は可動であってもよい。

【0019】

本明細書に記載された実施形態によれば、電子源１１０は、放出先端１１２を有する冷陰極電界放出型エミッタ（ＣＦＥ）を備える。ＣＦＥは、冷陰極電界放出によって電子ビームを放出するように構成されている。冷陰極電界放出型エミッタは特に、銃ハウジング内に超高真空が提供されることが有益であるような態様で、冷陰極電界放出型エミッタが配置された銃ハウジング内の汚染に敏感である。本明細書では、ＣＦＥを収容する銃ハウジングを「第１の真空領域１０ａ」とも呼び、第１の真空領域１０ａは、差動排気（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｕｍｐｉｎｇ）を可能にする１つまたは複数の追加の真空領域（例えば第２の真空領域１０ｂおよび第３の真空領域１０ｃ）の上流に配置されていてもよい。

【0020】

いくつかの実施形態では、冷陰極電界放出型エミッタ（ＣＦＥ）がタングステン先端を有していてもよい。他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施態様では、放出先端１１２が、尖った先端、特に、１０ｎｍ～５００ｎｍ、特に２００ｎｍ以下、とりわけ１００ｎｍ以下の範囲の最終半径（先端半径）を有する尖った先端となるようにエッチングされた結晶からなる。この結晶は通常、タングステン結晶、特に、光軸Ａに沿って（３，１，０）結晶方位で配向したタングステン結晶であってもよく、とりわけタングステン単結晶であってもよい。小さな半径を有する尖った先端を放出先端が有する場合には、電子放出が起こる結晶面積が低減し、このことは、発生する電子ビームの輝度を向上させる。

【0021】

電子源１１０は、光軸Ａに沿って伝搬させるために電子ビーム１０５を引き出すための引出し電極１１４をさらに含む。引出し電極１１４は、ビーム絞り開口として構成されていてもよい第１の開口１１５を有する。詳細には、第１の開口１１５は、第１の開口１１５のサイズおよび形状に従ったビーム断面を形成することができるような態様で、光軸Ａの近くを伝搬している電子（「軸方向電子」）は通し、それらよりも光軸Ａから離れた電子は遮るように設計されたサイズを有していてもよい。

【0022】

いくつかの実施形態では、第１の開口１１５が、電子ビーム１０５の回転対称のビーム断面を生成するように構成された円形の開口であってもよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、第１の開口１１５が、１００μｍ以下、特に５０μｍ以下、またはそれどころか２０μｍ以下の直径を有していてもよい。小さな寸法を有する第１の開口１１５は、引出し電極１１４に向かって伝搬している電子ビームのサイズを低減させ、したがって電子－電子相互作用による輝度の損失を抑制する。

【0023】

この電子顕微鏡の動作中、引出し電極１１４は、放出先端１１２に対して正の電位にセットされていてもよく、例えば、放出先端１１２と引出し電極１１４との間の数キロボルト（ｋＶ）の範囲の電位差で、例えば５ｋＶ以上の電位差で、放出先端１１２の電位に対して正の電位にセットされていてもよい。この電位差は、放出先端１１２の表面で電界を発生させて冷陰極電界放出を引き起こすのに足る十分な大きさである。冷陰極電界放出型エミッタの主要な引出し機構は、先端表面の表面電位障壁を通り抜けるトンネリングである。このトンネリングは、引出し電極の引出し電界によって制御することができる。

【0024】

いくつかの実施形態では、放出先端１１２と引出し電極１１４との間の距離が０．１ｍｍ以上および３ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下である。小さな距離は、電子－電子相互作用による輝度の損失を低減させることができるような態様で、放出された電子をコンデンサレンズ１３０に向かって急速に加速させる。

【0025】

電子顕微鏡１００は、真空条件を改善するための、および冷陰極電界放出型エミッタが置かれた第１の真空領域１０ａ内の汚染を低減させるためのいくつかの機構を含む。銃ハウジング内の優れた真空条件および低減された汚染は、電子ビーム１０５のビーム安定性および輝度を向上させ、このことは、ＣＦＥが使用される場合に特に有益である。高スループットＥＢＩシステムでは高輝度電子ビームが特に有益である。

【0026】

電子顕微鏡１００は、ＣＦＥの放出先端１１２を、放出先端１１２を加熱することによって洗浄するための第１の洗浄装置１２１、および引出し電極１１４を、引出し電極１１４を加熱することによって洗浄するための第２の洗浄装置１２２を含む。

【0027】

第１の洗浄装置１２１を用いて放出先端１１２を、放出先端１１２を加熱することによって、特に１５００℃以上の温度まで加熱することによって洗浄するために、電子顕微鏡１００は第１の洗浄モードに切り替わってもよい。第２の洗浄装置１２２を用いて引出し電極１１４を、引出し電極１１４を加熱することによって、特に５００℃以上の温度まで加熱することによって洗浄するために、電子顕微鏡１００は第２の洗浄モードに切り替わってもよい。いくつかの実施形態では、第１の洗浄装置１２１が、第１のヒータ、特に抵抗ヒータを含んでいてもよく、第１のヒータは、放出先端を加熱するために、特に、第１のヒータに電流が流れることを可能にすることによって放出先端を加熱するために、放出先端１１２と熱接触していてもよい。第１のヒータに電流が流れることを可能にすることによって、第１のヒータを、第１のヒータと熱接触した放出先端１１２とともに加熱してもよい。その代わりに、またはそれに加えて、第２の洗浄装置１２２が、第２のヒータ、特に加熱ワイヤ１２６（熱電子を放出するため本明細書ではこれを「洗浄エミッタ」とも呼ぶ）を含んでいてもよく、第２のヒータは、引出し電極１１４を加熱するため、特に、第２のヒータに電流が流れることを可能にすることによって引出し電極１１４を加熱するために、引出し電極１１４のすぐ近くに配置されていてもよい。

【0028】

電子は、動作中の冷陰極電界放出型エミッタの放出先端の非常に小さな表面部分から放出されるため、この放出は、放出表面の単一の汚染原子または少数の汚染原子に対してさえも非常に敏感である。放出表面に吸着しうる原子は、引出し電極などの周囲の表面に由来するものであることがあり、引出し電極では、電子ビームの電子が引出し電極に衝突することによって、例えば、引出し電極の第１の開口１１５を取り囲むエリアに衝突することによって、脱離が刺激されうる。したがって、放出先端の清浄度が高いことだけが有益なのではなく、引出し電極の清浄度が高いことも有益である。

【0029】

加熱ワイヤによって電子が熱放出され、引出し電極の表面に衝突して、引出し電極を加熱するような態様で、引出し電極１１４に隣接して配置された第２の洗浄装置１２２の加熱ワイヤ１２６を加熱することによって、第２の洗浄装置１２２を動作させてもよい。加熱ワイヤを１５００℃以上、特に２０００℃以上の温度まで加熱してもよく、これによって加熱ワイヤが電子の強力な熱放出を提供してもよい。これらの熱電子は、たとえ高真空条件下であっても引出し電極の表面に存在することがある分子および原子を脱離させる。言い換えると、加熱された加熱ワイヤによって放出された熱電子によって引き起こされる電子刺激脱離（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）によって、引出し電極を洗浄してもよい。例えば、引出し電極と別の電極との間、例えば引出し電極と抑制電極（ｓｕｐｒｅｓｓｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）および／または放出先端との間に、対応するそれぞれの電位差を印加することによって、熱電子を引出し電極に向かって加速してもよい。さらに、熱ガス放出によっても引出し電極が洗浄されるような態様で、引出し電極に衝突した熱電子が引出し電極を加熱してもよい。いくつかの実施形態では、第２の洗浄装置１２２が、２つの洗浄機構、すなわち（１）熱ガス放出および（２）電子刺激脱離によって引出し電極を洗浄するように構成されている。

【0030】

さらに、任意選択で、銃ハウジング内の、例えば部分的に放出先端１１２と加熱ワイヤ１２６との間に、抑制電極１１３を配置してもよい。第２の洗浄モードにおいて（すなわち第２の洗浄装置１２２を用いた加熱中に）、加熱ワイヤ１２６によって放出された電子を引出し電極１１４に向かっておよび／または放出先端１１２から離れる方向に偏向させるのに適した所定の電位に、抑制電極１１３をセットすることができる。これは、第２の洗浄装置１２２の熱電子によって放出先端１１２を変形させるリスクを低減させることがあり、および／または、洗浄する、特に電子刺激脱離によって洗浄する引出し電極のエリアに向かって熱電子を導くのに役立つことがある。

【0031】

いくつかの実施形態では、引出し電極１１４、抑制電極１１３および／または放出先端１１２のうちの任意の１つまたは複数を、例えば洗浄中および／または動作中に所定の電位に接続するために、電圧源１２９が提供される。

【0032】

いくつかの実施形態では、第２の洗浄装置１２２の加熱ワイヤ１２６が、引出し電極１１４のすぐ近くに、特に、引出し電極１１４から２ｍｍ以下またはそれどころか１ｍｍ以下の距離のところに配置されていてもよい。特に、加熱ワイヤ１２６は、第１の開口１１５を取り囲む引出し電極１１４のエリアの近くに配置されていてもよく、このエリアには通常、電子顕微鏡の動作中に電子ビーム１０５の電子が衝突する。

【0033】

いくつかの実施態様では、第２の洗浄装置１２２が、加熱のための電流をそこを通して送ることができる加熱ワイヤまたは加熱フィラメントを含んでもよい。詳細には、加熱ワイヤ１２６の第１の端部が電流源の第１の出力端子に接続されていてもよく、加熱ワイヤ１２６の第２の端部が、異なる電位にセットされた電流源の第２の出力端子に接続されていてもよい。目標とするやり方で第１の開口１１５の縁を第２の洗浄装置１２２によって加熱することができるような態様で、加熱ワイヤ１２６または加熱フィラメントは、引出し電極１１４の第１の開口１１５を少なくとも部分的に（例えば１８０°以上またはそれどころか２７０°以上の円周角だけ）取り囲んでもよい。例えば、加熱ワイヤ１２６は、第１の開口１１５の周囲に環または円の形状で延びていてもよい。

【0034】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、第２の洗浄装置１２２の第２のヒータ、特に加熱ワイヤ１２６が、タングステンもしくはタンタル、特にタンタルを含んでいてもよく、またはタングステンもしくはタンタル、特にタンタルでできていてもよい。タンタルは、引出し電極を洗浄するための第２のヒータとして使用された場合に特に説得力のある洗浄結果を提供し、タンタルは、超高真空環境における熱電子エミッタとして特に適している。したがって、それらに限定されるわけではないが、本明細書に開示された実施形態では通常、第２の洗浄装置１２２内で、引出し電極１１４のすぐ近くに配置されたタンタルヒータ、特に、引出し電極１１４のすぐ近くに配置された、第１の開口１１５を少なくとも部分的に取り囲む加熱ワイヤの形態のタンタルヒータが使用される。

【0035】

引出し電極を少なくとも部分的に少なくとも５００℃、特に少なくとも６００℃の温度まで加熱するため、とりわけ６００℃～８００℃の間の範囲の温度まで加熱するために、この電子顕微鏡は、第２の洗浄モードにおいて第２の洗浄装置の第２のヒータに電流が流れることを可能にするように構成された洗浄コントローラ１２８をさらに含んでもよい。詳細には、第１の開口１１５を取り囲む引出し電極１１４のエリアを第２の洗浄装置によって加熱してもよい。先行する較正で、引出し電極の温度を５００℃以上、特に６００℃～８００℃にするために第２のヒータに流す電流を識別し、記憶することができる。第２の洗浄モードに切り替わったときに、洗浄コントローラ１２８は次いで、対応するそれぞれの電流を第２の洗浄装置１２２に流してもよい。この加熱の間、第２のヒータ自体、特に加熱ワイヤ１２６は、１５００℃以上、特に２０００℃以上またはそれどころか２２００℃以上の温度を有していてもよい。

【0036】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、第１の洗浄装置１２１が、放出先端１１２と熱接触した加熱フィラメント１２５を含む。放出先端１１２は、加熱フィラメント１２５に結合されていてもよく、または加熱フィラメント１２５に取り付けられていてもよい。特に、加熱フィラメント１２５はＶ字形の加熱フィラメントであってもよく、放出先端１１２は、Ｖ字形加熱フィラメントの屈折部に結合されていてもよい。Ｖ字形加熱フィラメントの２つの端部は、Ｖ字形加熱フィラメントに電流が流れることを可能にするために異なる電位にセットすることができる電流源の２つの出力端子に接続されていてもよい。

【0037】

いくつかの実施形態では、加熱フィラメント１２５がタングステンフィラメントであり、および／または加熱フィラメント１２５に結合されたＣＦＥの放出先端１１２がタングステン先端である。

【0038】

加熱フィラメント１２５に電流が流れると、加熱フィラメント１２５は、加熱フィラメント１２５と熱接触した放出先端１１２とともに加熱される。第１の洗浄装置１２１は、第１の洗浄モードにおいて、放出先端１１２を、１５００℃以上、特に２０００℃以上、とりわけ２０００Ｋ以上の温度まで加熱するように構成されていてもよい。

【0039】

加熱フィラメント１２５を介して放出先端１１２を加熱すると吸着分子を蒸発させることができ、このことは放出先端１１２を洗浄し、より安定な電子ビーム放出の提供に役立つ。さらに、尖った先端を提供および／または維持することができるような態様で、放出先端の加熱が放出先端を整形してもよい。任意選択で、第１の洗浄モードにおける放出先端の加熱の間、引出し電極１１４を所定の電位にセットしてもよく、このことが、加熱中に放出先端が丸くなることもしくは平らになることを防ぎもしくは低減させることがあり、および／または尖った放出先端の維持を容易にすることがある。

【0040】

放出先端１１２を少なくとも１５００℃、特に少なくとも２０００℃の温度まで加熱するため、この電子顕微鏡は、第１の洗浄モードにおいて第１の洗浄装置１２１の加熱フィラメント１２５に電流が流れることを可能にするように構成された洗浄コントローラ１２８を含んでもよい。先行する較正段で、２０００℃以上の放出先端１１２の温度を達成するために加熱フィラメント１２５に流す電流を識別することができる。第１の洗浄モードに切り替わったときに、洗浄コントローラ１２８は次いで、対応するそれぞれの電流を第１の洗浄装置１２１に流してもよい。

【0041】

いくつかの実施形態では、図１に例示的に示されているように、第１の洗浄モードにおいて、放出先端を加熱するために加熱フィラメント１２５に電流が流れることを可能にするため、および第２の洗浄モードにおいて、引出し電極１１４を加熱するために加熱ワイヤ１２６に電流が流れることを可能にするために、１つの洗浄コントローラ１２８が提供されていてもよい。いくつかの実施形態では、第１および第２の洗浄装置に別個の洗浄コントローラが接続されていてもよい。この電子顕微鏡の動作の間、例えば、電流が流れないように、したがって放出先端の加熱が起こらないようにＶ字形加熱フィラメントの両端に同じ電圧を印加することによって、放出先端１１２を、引出し電極１１４に対して所定の電位にセットして、放出先端からの冷陰極電界放出を可能にしてもよい。

【0042】

第１の洗浄モードを「フラッシングモード」と呼ぶこともある。これは、吸着粒子および汚染を蒸発させるため、ならびにより安定な電子ビームを保証するために、放出先端が、比較的に短い期間の間に高温に加熱されるためである。洗浄コントローラ１２８は、電子顕微鏡の動作を開始する前に、および／または電子顕微鏡が動作している場合には所定の動作期間の後に、例えば規則的な間隔で（例えば１時間に１回）、電子顕微鏡１００を第１の洗浄モードにセットするように構成されていてもよい。定期的に第１の洗浄モードに切り替えることによって、絶えず清浄で尖ったエミッタ先端を保証することができる。

【0043】

その代わりに、またはそれに加えて、洗浄コントローラ１２８は、電子顕微鏡の動作の前に、銃ハウジングが換気された後もしくは空気でフラッディングされた後に、および／または電子顕微鏡の保守もしくはサービス作業の間、ならびに／あるいは電子ビームが望ましくない不安定性を示した場合に、電子顕微鏡を第２の洗浄モードにセットするように構成されていてもよい。したがって、２回の第１の洗浄モード間の間隔は通常、２回の第２の洗浄モード間の間隔に比べて短い。

【0044】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、放出先端１１２と引出し電極１１４の第１の開口１１５との間の距離が、５ｍｍ以下、特に３ｍｍ以下、とりわけ１ｍｍ以下、および／または０．１ｍｍ以上であってもよい。したがって、放出先端１１２によって放出された電子は、引出し電極に向かう短い伝搬距離の間に非常に急速に加速され、このことが、電子－電子相互作用を低減させ、電子ビームの輝度を向上させる。

【0045】

電子顕微鏡１００は、電子ビームを加速させるための加速セクション、例えば、電子ビームを５ｋｅＶ以上の電子エネルギーまで加速させるための加速セクションを含んでいてもよく、この加速セクションは、コンデンサレンズ１３０の上流に配置され、および／またはコンデンサレンズ１３０と少なくとも部分的に重なる。電子は、放出先端に対して正の電位にセットされた引出し電極１１４に向かって加速されてもよく、任意選択で、電子はさらに、引出し電極１１４の下流、例えば引出し電子とコンデンサレンズとの間またはコンデンサレンズの内部（図２に示されている）に配置されていてもよいアノードに向かって加速されてもよい。いくつかの実施形態では、電子が、１０ｋｅＶ以上、３０ｋｅＶ以上またはそれどころか５０ｋｅＶ以上の電子エネルギーまで加速される。カラム内の高い電子エネルギーは、電子－電子相互作用の負の効果を低減させることができる。

【0046】

いくつかの実施形態では、電子顕微鏡１００が、電子ビームを５ｋｅＶ以上のエネルギーからそれよりも小さい入射エネルギー（ｌａｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ）まで減速するための減速セクションを含んでいてもよく、この減速セクションは、対物レンズ１４０の下流にあってもよく、または対物レンズ１４０と少なくとも部分的に重なっていてもよい。例えば、電子を、３ｋｅＶ以下、特に２ｋｅＶ以下またはそれどころか１ｋｅＶ以下、例えば８００ｅＶ以下の入射エネルギーまで減速してもよい。低い入射エネルギーを有する電子は、低い入射エネルギーが獲得可能な分解能を向上させることがあるような態様で、試料構造体との相互作用に関してより適している。例えば、サンプルステージの近くに配置されたプロキシ電極（ｐｒｏｘｙ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）が、試料に衝突する前の電子にブレーキをかけてもよく、または試料をブレーキング電位にセットしてもよい。

【0047】

試料１６から解放された信号粒子は、減速セクションに沿って対物レンズに向かって加速されることがあり、それらの信号粒子は、対物レンズを通り抜けて電子検出器（この図には示されていない）に向かって伝搬することがある。

【0048】

電子顕微鏡は、１つまたは複数の真空ポンプを用いて真空排気することができる第１の真空領域１０ａ、特に、１つまたは複数の真空ポンプを用いて超高真空まで真空排気することができる第１の真空領域１０ａである銃ハウジングを含んでもよい。電子源１１０を収容する銃ハウジングは通常、電子顕微鏡のカラムの上流に配置される。

【0049】

この電子顕微鏡は、銃チャンバ内の真空条件を改善するために対応するそれぞれの差動排気開孔によって分離されたいくつかのいわゆる差動排気領域を使用してもよい。差動排気領域は、１つまたは複数の対応するそれぞれの真空ポンプによって別々に排気することができる真空領域であって、最も上流の真空領域の真空条件を改善するために対応するそれぞれのガス分離壁によって分離された真空領域であると理解してもよい。上流の差動排気セクションから下流の差動排気セクション内へ光軸に沿って電子ビームが伝搬することができるような態様で、ガス分離壁に、差動排気開孔、すなわち電子ビームのための小さな開口が提供されていてもよい。本明細書において使用される用語「下流」は、光軸Ａに沿った電子ビームの伝搬方向における下流であると理解してもよい。

【0050】

いくつかの実施形態では、引出し電極１１４の第１の開口１１５が、第１の差動排気開孔として機能するように、すなわち、銃ハウジングと銃ハウジングの下流の第２の真空領域１０ｂとの間の差動排気を可能にするガス分離壁の開孔として機能するように配置されていてもよい。第１の開口１１５が、ビーム絞り開孔（すなわちビーム光学開孔（ｂｅａｍ－ｏｐｔｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ））と差動排気開孔の両方として機能するときには、銃ハウジング１０ａ内の良好な真空条件、したがって良好なビーム安定性を容易にする、よりコンパクトな電子顕微鏡を提供することができる。図１に概略的に示されているように、第１の開口１１５を有する引出し電極１１４は、第１の真空領域１０ａと第２の真空領域１０ｂとの間のガス分離壁の部分であってもよい。

【0051】

図１に概略的に示されているように、電子顕微鏡１００は、銃ハウジングの下流に第２の真空領域１０ｂを含んでいてもよく、第２の真空領域１０ｂはコンデンサレンズ１３０を収容していてもよい。

【0052】

いくつかの実施形態では、この電子顕微鏡が、コンデンサレンズ１３０と対物レンズ１４０との間に第２のビーム絞り開孔１３２をさらに含んでもよい。コンデンサレンズ１３０は、電子ビームのビーム発散を調整するように構成されていてもよく、したがって、第２のビーム絞り開孔１３２を通って伝搬する電子ビームの部分を調整するように構成されていてもよい。したがって、コンデンサレンズ１３０の励磁を使用して、第２のビーム絞り開孔１３２の下流の電子ビームのビーム電流を調整してもよい。

【0053】

任意選択で、第２のビーム絞り開孔１３２は、第２の差動排気開孔として機能するように配置されていてもよい。言い換えると、第２のビーム絞り開孔１３２は、第２の真空領域１０ｂと第２の真空領域１０ｂの下流の第３の真空領域１０ｃと間のガス分離壁に、前記領域間の差動排気を可能にするように配置されていてもよい。銃ハウジング内の真空条件をさらに改善することができ、汚染をさらに低減させることができる。例えば、第２のビーム絞り開孔１３２は、１００μｍ以下、特に５０μｍ以下、とりわけ２０μｍ以下、またはそれどころか１０μｍ以下の直径を有していてもよい。

【0054】

したがって、上記の差動排気の概念の結果として、冷陰極電界放出型エミッタが置かれた第１の真空領域１０ａの真空条件をさらに改善することができ、第１の真空領域に、極めて低い圧力、例えば１０^-11ミリバール以下の極めて低い圧力を提供することができ、この極めて低い圧力を、電子顕微鏡が動作している間、維持することができる。たとえ、試料１６が置かれた真空領域１０ｄ内の圧力が、１０^-6ミリバール以上または１０^-5ミリバール以上および／または１０^-3ミリバール以下の圧力、特に、１０^-3ミリバール～１０^-6ミリバールの間の圧力であるなど、前記圧力よりも大幅に高い可能性がある場合であっても、銃ハウジング内において前記圧力を維持することができる。

【0055】

本明細書に記載されたいくつかの実施形態によれば、第１の開口１１５および第２のビーム絞り開孔１３２がともにビーム光学開孔である。すなわち、動作中に、両方の開孔が、電子ビーム１０５の形状および／または寸法に影響を与える。加えて、第１の開口１１５と第２のビーム絞り開孔１３２の両方が、圧力段開孔として機能するように構成されていてもよい。言い換えると、両方の開孔は、銃ハウジング１０ａ内の真空条件を改善するために配置されているだけでなく、電子ビームに影響を与えるビーム光学システムの部分でもある。したがって、第１の開口１１５および第２のビーム絞り開孔１３２を、「ビーム光学圧力段開孔」または「ビーム画定圧力段開孔」と呼ぶこともできる。

【0056】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、この電子顕微鏡が、第２の差動排気開孔と対物レンズ１４０との間に少なくとも１つの第３の差動排気開孔１３３をさらに含む。詳細には、この少なくとも１つの第３の差動排気開孔１３３は、第３の真空領域１０ｃと第３の真空領域１０ｃの下流の第４の真空領域１０ｄとの間のガス分離壁に配置されていてもよく、このことは、銃ハウジング１０ａから、第２および第３の真空領域を横切って、対物レンズが配置されていてもよい第４の真空領域１０ｄまでの差動排気を可能にする。銃ハウジング内の真空条件をさらに改善することができる。第３の真空領域１０ｃに、少なくとも１つまたは複数のビーム光学部品、例えば、第２のコンデンサレンズ、収差補正器、電子ビームから信号電子を分離するためのビーム分離器、および／または信号電子を検出するための電子検出器のうちの１つまたは複数が配置されていてもよい。対物レンズ１４０は、第４の真空領域１０ｄ（または、第４の真空の領域が提供されていない場合にはその代わりに第３の真空領域）に配置されていてもよい。

【0057】

第１の真空領域１０ａ、第２の真空領域１０ｂ、第３の真空領域１０ｃおよび第４の真空領域１０ｄ（存在する場合）の各々に、真空ポンプを取り付けるための排気ポート１１が提供されていてもよい。排気ポート１１は、イオンゲッタポンプなどの真空ポンプを対応するそれぞれの真空領域に取り付けるように構成されていてもよい。

【0058】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、放出先端１１２が第１の真空領域１０ａに配置されており、コンデンサレンズ１３０が第２の真空領域１０ｂに配置されている。放出先端１１２が配置された第１の真空領域１０ａを真空排気するために、イオンゲッタポンプ１３および非蒸発型ゲッタ（ｎｏｎ－ｅｖａｐｏｒａｂｌｅ ｇｅｔｔｅｒ）（ＮＥＧ）ポンプ１４が提供されていてもよい。例えば、イオンゲッタポンプ１３および非蒸発型ゲッタポンプは、第１の真空領域１０ａの排気ポート１１に取り付けられていてもよく、または、イオンゲッタポンプが、非蒸発型ゲッタポンプとは別に配置されていてもよく、例えば第１の真空領域１０ａの別の排気ポートに配置されていてもよい。放出先端の位置における真空条件をさらに改善することができる。

【0059】

いくつかの実施形態では、この電子顕微鏡が走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）である。この電子顕微鏡は、走査偏向器１５２、例えば対物レンズ１４０の近くにまたは対物レンズ１４０内に配置された走査偏向器１５２を含んでもよい。詳細には、この電子顕微鏡は、電子ビーム検査システム（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）（ＥＢＩシステム）であってもよく、特に、高スループット電子ビーム検査用のＳＥＭ、例えば、ウエハまたは他の半導体基板の高スループット電子ビーム検査用のＳＥＭであってもよい。より詳細には、この電子顕微鏡が、ハイスループットウエハインスペクションＳＥＭ（Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ Ｗａｆｅｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ＳＥＭ）であってもよい。

【0060】

本明細書に記載された実施形態によれば、ＣＦＥ電子源を備える高性能電子顕微鏡であって、試料、特にウエハおよび他の半導体サンプルを高輝度電子ビームを用いて高い分解能および高いスループットで検査することを可能にする高性能電子顕微鏡が提供される。例えば、ウエハおよび他の試料を高い分解能で迅速に検査することができる。本明細書に記載された第１および第２の洗浄装置を提供し、動作させることによって、真空条件が改善され、汚染が低減するため、電子ビームの高い輝度を提供および維持することができる。さらに、銃ハウジング内の優れた真空条件のため、この電子顕微鏡のコンパクトさにもかかわらず、高い輝度が可能になる。これは、電子－電子相互作用が低減するためである。

【0061】

本明細書に記載された別の態様によれば、高性能電子装置用の電子源１１０が提供され、この電子源は、それぞれ本明細書に記載された第１および第２の洗浄装置によって洗浄することができる放出先端１１２および引出し電極１１４を備える冷陰極電界放出型エミッタを含む。

【0062】

図２は、本明細書に記載された実施形態による、冷陰極電界放出型エミッタを含む電子源１１０を備える電子顕微鏡２００の概略断面図である。図２の電子顕微鏡２００は、上記の説明を参照することができるような態様で、図１の電子顕微鏡１００のいくつかの特徴または全ての特徴を含んでいることがあり、それらの説明をここで繰り返すことはしない。

【0063】

詳細には、電子顕微鏡２００は、第１の洗浄モードにおいて第１の洗浄装置１２１を用いて加熱することによって洗浄することができる放出先端１１２と、第２の洗浄モードにおいて第２の洗浄装置１２２を用いて加熱することによって洗浄することができる引出し電極１１４とを備える冷陰極電界放出型エミッタを含む。

【0064】

引出し電極１１４の第１の開口１１５は、電子ビームを整形するためのビーム絞り開孔として機能してもよく、さらに、任意選択で、第１の真空領域１０ａと第２の真空領域１０ｂとの間の差動排気を可能にする差動排気開孔として機能してもよい。

【0065】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、コンデンサレンズ１３０が磁気コンデンサレンズである。特に、この磁気コンデンサレンズは、第１の内側磁極片および第１の外側磁極片を含んでいてもよく、エミッタ先端１１２と第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離（Ｄ１）は、エミッタ先端１１２と第１の外側磁極片との間の第２の軸方向距離（Ｄ２）よりも大きい。外側磁極片が内側磁極片よりも電子源に向かってさらに突き出たこのような磁気レンズは、磁極片間に、軸方向に延びるギャップを有し、したがって「アキシャルギャップレンズ（ａｘｉａｌ ｇａｐ ｌｅｎｓ）」と呼ばれることもある。アキシャルギャップ磁気レンズは、アキシャルギャップを超えて１つの領域内へ延びる磁界、すなわち外側磁極片を軸方向に超えて電子源に向かう磁界を発生させることがある。言い換えると、このアキシャルギャップコンデンサレンズは界浸レンズであってもよく、コンデンサレンズのコリメーション効果が電子源１１０の近くの電子ビーム１０５または電子源１１０の内側の電子ビーム１０５に作用することがあるような態様の、電子源に向かって延びる磁気相互作用領域を提供してもよい。よりコンパクトな電子顕微鏡を提供することができ、電子－電子相互作用の負の効果を低減させることができる。

【0066】

いくつかの実施形態では、放出先端１１２とコンデンサレンズの第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離（Ｄ１）が２０ｍｍ以下、特に１５ｍｍ以下である。いくつかの実施形態では、放出先端１１２とコンデンサレンズとの間の第２の軸方向距離（Ｄ２）が１５ｍｍ以下、いくつかの実施形態では８ｍｍ以下である。

【0067】

電子を５ｋｅＶ以上、特に１０ｋｅＶ以上のエネルギーまで加速するためのこの電子顕微鏡の加速セクションは、コンデンサレンズの磁気相互作用領域と部分的に重なっていてもよく、このことは、電子顕微鏡内の全体のビーム伝搬距離を短くする。

【0068】

いくつかの実施形態によれば、対物レンズ１４０は、第２の内側磁極片および第２の外側磁極片を有する磁気対物レンズであり、第２の内側磁極片とサンプルステージ１８との間の第３の軸方向距離（Ｄ３）は、第２の外側磁極片とサンプルステージ１８と間の第４の軸方向距離（Ｄ４）よりも大きい。特に、この磁気対物レンズは、外側磁極片の端部と内側磁極片の端部との間にアキシャルギャップが形成されるような形で外側磁極片が内側磁極片よりもサンプルステージ１８に向かって突き出たアキシャルギャップレンズであってもよい。この磁気対物レンズによって提供される磁気相互作用領域は、磁気対物レンズの磁極片を軸方向に超えて、サンプルステージ１８上に置かれていてもよい試料１６に向かって延びていてもよい。このことは、対物レンズが短い焦点距離を有すること、および対物レンズがサンプルステージ１８の近くに置かれることを可能にする。

【0069】

いくつかの実施態様では、対物レンズ１４０とサンプルステージ１８との間の距離（すなわち第４の軸方向距離（Ｄ４））が２０ｍｍ以下、特に１０ｍｍ以下、とりわけ５ｍｍ以下であってもよい。詳細には、対物レンズ１４０の焦点距離は１０ｍｍ以下、またはそれどころか５ｍｍ以下であってもよい。いくつかの実施形態では、サンプルステージ１８と対物レンズ１４０の第２の内側磁極片との間の第３の軸方向距離（Ｄ３）が、第４の軸方向距離（Ｄ４）よりも大きく、特に３０ｍｍ以下、とりわけ１０ｍｍ以下である。

【0070】

いくつかの実施形態では、コンデンサレンズ１３０および対物レンズ１４０がともにアキシャルギャップレンズであってもよく、コンデンサレンズ１３０と対物レンズ１４０は、光軸Ａに沿って互いに対して対称に配置されていてもよい。詳細には、コンデンサレンズ１３０は、電子源１１０に向かって開いたアキシャルギャップを有していてもよく、対物レンズ１４０は、試料に向かって開いたアキシャルギャップを有していてもよく、これらのレンズはともに、反対方向を向いた界浸レンズとして構成されていてもよい。対応するレンズタイプをコンデンサレンズおよび対物レンズとして使用すると、試料上に小さなビームプローブを提供するのに適した、したがって良好な分解能を提供するのに適したコンパクトな電子顕微鏡を得ることができる。

【0071】

第１の洗浄装置１２１、第２の洗浄装置１２２および差動排気の詳細は、図１の電子顕微鏡１００に関して記載されており、ここで繰り返すことはしない。

【0072】

図３は、本明細書に記載された実施形態による、電子顕微鏡を動作させる方法の流れ図を示している。

【0073】

この電子顕微鏡は、冷陰極電界放出型エミッタを備える電子源を収容した銃ハウジングであって、第１の真空領域を提供する銃ハウジングを有していてもよい。光軸に沿った第１の真空領域の下流に第２の真空領域が配置されていてもよく、任意選択で、光軸に沿った第２の真空領域の下流に、差動排気することができる第３の真空領域またはさらなる追加の真空領域が配置されていてもよい。第１の真空領域と第２の真空領域は、第１の差動排気開孔が形成された第１のガス分離壁によって分離されていてもよく、第２の真空領域と第３の真空領域は、第２の差動排気開孔が形成された第２のガス分離壁によって分離されていてもよい。

【0074】

この電子顕微鏡の電子源は、放出先端を備える冷陰極電界放出型エミッタと、光軸Ａに沿って伝搬させるために電子ビームを冷陰極電界放出型エミッタから引き出すための引出し電極とを含む。

【0075】

図３のボックス３１０および３２０では、例えば、一番最初に電子顕微鏡を動作させる前、または電子顕微鏡の内部を空気でフラッディングした後、例えばサービス作業または保守の間に、２つの洗浄段で、電子顕微鏡を動作させる準備をする。

【0076】

ボックス３１０で、電子顕微鏡を第２の洗浄モードにセットする。このモードでは、電子源の引出し電極を、引出し電極を加熱することによって、特に５００℃以上の温度まで加熱することによって、とりわけ６００℃～８００℃の間の温度まで加熱することによって洗浄する。詳細には、動作中に電子ビームがそこを通って伝搬する第１の開口を取り囲む引出し電極のエリアを、６００℃～８００℃の間の温度まで加熱する。

【0077】

第２の洗浄モードでは、引出し電極を、５００℃よりも高い温度まで、特に６００℃～８００℃の間の温度まで加熱するために、引出し電極に隣接して配置された第２のヒータに電流を流してもよい。この第２のヒータは、第１の開口の近くに配置された加熱ワイヤ１２６であってもよく、加熱ワイヤ１２６は、任意選択で、引出し電極の上流の第１の開口の周囲に少なくとも部分的に延びていてもよい。いくつかの実施形態では、加熱ワイヤ１２６がタンタルワイヤまたはタンタルフィラメントであってもよい。

【0078】

第２の洗浄モードで流す電流は、先行する較正段で決定することができる。

【0079】

任意選択で、第２の洗浄モードにおいて、抑制電極および／または引出し電極を１つまたは複数の所定の電位にセットしてもよく、このことが、加熱ワイヤによって放出された熱電子を、引出し電極に向かっておよび／または放出先端から離れる方向に導くのに役立つことがある。

【0080】

ボックス３２０で、電子顕微鏡を第１の洗浄モードにセットする。このモードでは、冷陰極電界放出型エミッタの放出先端を、放出先端を加熱することによって、特に１５００℃以上の温度まで加熱することによって、特に２０００℃以上の温度まで加熱することによって、またはそれどころか２０００Ｋ以上の温度まで加熱することによって洗浄する。

【0081】

第１の洗浄モードでは、放出先端を２０００℃よりも高い温度まで加熱するために、放出先端が結合した加熱フィラメント、特にＶ字形の加熱フィラメントに電流を流してもよい。放出先端に付着した粒子を蒸発させることができ、放出表面を洗浄することができる。第１の洗浄モードで流す電流は、先行する較正段で決定することができる。

【0082】

任意選択で、第１の洗浄モードにおいて、抑制電極および／または引出し電極を１つまたは複数の所定の電位に、特に放出先端に比べて高電圧にセットしてもよく、このことが、尖った放出先端の維持を容易にすることがある。

【0083】

第１および第２の洗浄モードでの洗浄の後、電子顕微鏡を、ボックス３３０によって示されている動作モードにセットしてもよい。動作モードでは、光軸に沿って伝搬させるために電子ビームが冷陰極電界放出型エミッタから引き出され、この電子ビームは、引出し電極に提供されていてもよい第１の開口を通って伝搬することによって整形される。電子ビームは次いで、電子源の下流のコンデンサレンズによってコリメートされる。すなわち電子ビームの発散が低減する。特に、コンデンサレンズの励磁を調整することによって電子ビームの発散を調整してもよい。次いで、コリメートされた電子ビームを対物レンズを用いて試料上に集束させる。

【0084】

動作モードでは、電子ビームの電子を、加速セクションにおいて、５ｋｅＶ以上、特に１０ｋｅＶ以上のエネルギーまで加速してもよく、この加速セクションは、コンデンサレンズの上流に配置されており、および／またはコンデンサレンズと少なくとも部分的に重なって配置されている。例えば、放出先端と引出し電極との間に加速セクションの第１の部分が延びていてもよく、引出し電極は、放出先端に比べて高電圧にセットされていてもよい。電子源の下流に、例えば引出し電極とアノードとの間に加速セクションの第２の部分が延びていてもよく、このアノードは、引出し電極に比べて高電圧にセットされていてもよい。このアノードは、コンデンサレンズの近くに配置されていてもよく、またはコンデンサレンズの内側に配置されていてもよい。したがって、加速セクションは、コンデンサレンズによって提供される磁気相互作用領域と重なっていてもよい。

【0085】

動作モードでは、コンデンサレンズを用いて電子ビームをコリメートしてもよい。コンデンサレンズは、第１の内側磁極片および第１の外側磁極片を有する磁気レンズであってもよく、放出先端と第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離は、放出先端と第１の外側磁極片との間の第２の軸方向距離よりも大きくてもよい。詳細には、コンデンサレンズはアキシャルギャップレンズであってもよく、すなわち、コンデンサレンズの第１の外側磁極片は、コンデンサレンズの第１の内側磁極片よりも電子源に向かってさらに突き出ていてもよい。

【0086】

動作モードでは、電子ビームの電子を、減速セクションにおいて、３ｋｅＶ以下、特に１ｋｅＶ以下の入射エネルギーまで減速してもよく、この減速セクションは、対物レンズの下流にあり、または対物レンズと少なくとも部分的に重なっている。例えば、対物レンズの近くにまたは対物レンズの内側に配置された第１の電極と、試料に近くにまたは試料自体に配置されたプロキシ電極との間に、電位差を与えてもよい。したがって、減速セクションは、対物レンズによって提供される磁気相互作用領域と重なっていてもよい。

【0087】

電子ビームを試料上に集束させてもよく、発生した信号電子を、対物レンズに向かっておよび対物レンズを通して加速してもよく、試料を検査するため、例えば試料の像を生成するために、信号電子を、１つまたは複数の電子検出器（この図には示されていない）によって検出してもよい。

【0088】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、放出先端が第１の真空領域に配置されており、コンデンサレンズが、第１の真空領域の下流の第２の真空領域に配置されている。引出し電極の第１の開口は、第１の真空領域と第２の真空領域との間の差動排気開孔として機能してもよい。この方法は、第１の真空領域および第２の真空領域を差動排気することを含んでもよい。

【0089】

任意選択で、第２の真空領域の下流に第３の真空領域を提供してもよく、第２の真空領域と第３の真空領域との間のガス分離壁に第２の差動排気開孔を提供してもよい。この方法は、第１、第２および第３の真空領域、ならびに、任意選択で、第３の真空領域の下流の少なくとも１つの追加の真空領域を差動排気することをさらに含んでもよい。

【0090】

図３のボックス３４０によって概略的に示されているように、ボックス３３０の動作モードでの所定の時間の後に、例えば約１時間の動作の後に、この電子顕微鏡が再び第１の洗浄モードに切り替わってもよい。この第１の洗浄モードでは、安定な電子ビームを保証することができるような態様で、放出先端を洗浄してもよい。ボックス３５０で、電子顕微鏡が再び動作に切り替わってもよい。

【0091】

いくつかの実施形態では、この方法が、動作モードでの所定の期間の後に、例えば約１時間の動作の後に、動作モードから第１の洗浄モードに切り替わることを含む。特に、この電子顕微鏡は、所定の動作間隔の後に、例えば１時間以上および３時間以下の所定の動作間隔の後に、第１の洗浄モードに自動的に切り替わってもよい。所定の動作間隔の後に第１の洗浄モードに切り替えることによって、動作モードにおける絶えず安定した高輝度電子ビームを可能にすることができる。

【0092】

第２の洗浄モードは、より低い頻度で実施してもよく、例えば、空気を用いた銃ハウジングのフラッディングの後にだけ、および／または１か月よりも長くてもよい所定のサービス作業間隔で、および／または電子ビームが望ましくない不安定性もしくは低減された輝度を示している場合に、実施してもよい。

【0093】

特に、本明細書には以下の実施形態が記載されている。

【0094】

実施形態１：電子顕微鏡（１００）であって、電子源（１１０）を備え、電子源（１１０）が、放出先端（１１２）を備える冷陰極電界放出型エミッタ、光軸（Ａ）に沿って伝搬させるために電子ビーム（１０５）を冷陰極電界放出型エミッタから引き出すための引出し電極（１１４）であり、第１のビーム絞り開孔として構成された第１の開口（１１５）を有する、引出し電極（１１４）、放出先端（１１２）を、放出先端を加熱することによって洗浄するための第１の洗浄装置（１２１）、および引出し電極（１１４）を、引出し電極を加熱することによって洗浄するための第２の洗浄装置（１２２）を備え、この電子顕微鏡が、電子源の下流で電子ビームをコリメートするためのコンデンサレンズ（１３０）と、電子ビームを試料上に集束させるための対物レンズ（１４０）とをさらに備える、電子顕微鏡（１００）。

【0095】

いくつかの実施形態では、放出先端が、タングステン先端、特に（３，１，０）方位のタングステン単結晶である。

【0096】

実施形態２：第１の洗浄装置（１２１）が、放出先端と熱接触した加熱フィラメント（１２５）を備え、放出先端が、加熱フィラメントに取り付けられているか、または結合されている、実施形態１に記載の電子顕微鏡。

【0097】

第１の洗浄装置は、放出先端を加熱することによって、特に、規則的な間隔で、例えば所定の動作時間の後に放出先端を加熱することによって、放出先端を洗浄するように構成されたフラッシュ洗浄装置であってもよい。放出先端は、１０００℃よりも高い温度、特に２０００℃よりも高い温度まで加熱してもよい。

【0098】

いくつかの実施形態では、この加熱フィラメントがＶ字形の加熱ワイヤであり、放出先端が、Ｖ字形加熱ワイヤの屈折部分に結合されている。

【0099】

いくつかの実施形態では、加熱フィラメントが金属フィラメント、特にタングステンフィラメントであり、放出先端がタングステン先端である。

【0100】

実施形態３：第２の洗浄装置が、引出し電極（１１４）に隣接して配置された第２のヒータ、特に、引出し電極（１１４）に隣接して配置された第２の加熱ワイヤ（１２６）を備える、実施形態１または２に記載の電子顕微鏡。第２のヒータは、１５００℃以上、特に２０００℃以上の温度まで加熱されるように、詳細には、第２のヒータに電流が流れることを可能にすることによって１５００℃以上、特に２０００℃以上の温度まで加熱されるように構成されていてもよい。

【0101】

実施形態４：加熱ワイヤが、引出し電極の第１の開口（１１５）を少なくとも部分的に取り囲むように配置されている、実施形態３に記載の電子顕微鏡。

【0102】

実施形態５：加熱ワイヤ（１２６）がタンタルを含み、またはタンタルでできている、実施形態３または４に記載の電子顕微鏡。

【0103】

実施形態６：洗浄コントローラ（１２８）を備え、洗浄コントローラ（１２８）が、第１の洗浄モードにおいて、放出先端を１５００℃よりも高い温度まで加熱するために、放出先端と熱接触した加熱フィラメント（１２５）に電流が流れることを可能にするように構成されている、実施形態１～５のいずれかに記載の電子顕微鏡。その代わりに、またはそれに加えて、洗浄コントローラが、第２の洗浄モードにおいて、引出し電極を少なくとも部分的に５００℃よりも高い温度まで加熱すること、および引出し電極の表面で電子刺激脱離を生じさせることのうちの少なくとも一方のために、第２の洗浄装置の加熱ワイヤ（１２６）に電流が流れることを可能にするように構成されている。

【0104】

特に、第２の洗浄モードでは、特に引出し電極の熱ガス放出を生じさせるために、第１の開口を取り囲む引出し電極のエリアを５００℃よりも高い温度まで加熱する。

【0105】

実施形態７：光軸に沿った放出先端（１１２）と引出し電極（１１４）の第１の開口（１１５）との間の距離が５ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下である、実施形態１～６のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【0106】

実施形態８：コンデンサレンズ（１３０）が、第１の内側磁極片および第１の外側磁極片を有する磁気コンデンサレンズであり、放出先端と第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離（Ｄ１）が、放出先端と第１の外側磁極片との間の第２の軸方向距離（Ｄ２）よりも大きい、実施形態１～７のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【0107】

特に、この磁気コンデンサレンズはアキシャルギャップレンズであってもよい。

【0108】

いくつかの実施形態では、放出先端と第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離（Ｄ１）が２０ｍｍ以下、特に１５ｍｍ以下である。いくつかの実施形態では、放出先端と第１の内側磁極片との間の第２の軸方向距離（Ｄ２）が１５ｍｍ以下、またはそれどころか８ｍｍ以下である。

【0109】

実施形態９：対物レンズ（１４０）が、第２の内側磁極片および第２の外側磁極片を有する磁気対物レンズであり、第２の内側磁極片とサンプルステージとの間の第３の軸方向距離が、第２の外側磁極片とサンプルステージとの間の第４の軸方向距離よりも大きい、実施形態１～８のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【0110】

特に、この磁気対物レンズはアキシャルギャップレンズであってもよい。

【0111】

いくつかの実施形態では、磁気コンデンサレンズと磁気対物レンズが、光軸に沿って互いに対してほぼ対称に配置されていてもよい。

【0112】

実施形態１０：電子ビームを５ｋｅＶ以上のエネルギーまで加速するための加速セクションであって、コンデンサレンズの上流にあるか、もしくはコンデンサレンズと少なくとも部分的に重なっている、加速セクション、および／または電子ビームを５ｋｅＶ以上のエネルギーから３ｋｅＶ以下の入射エネルギーまで減速するための減速セクションであって、対物レンズの下流にあるか、もしくは対物レンズと少なくとも部分的に重なっている、減速セクションを備える、請求項１～９のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【0113】

実施形態１１：第１の開口（１１５）が、第１の差動排気開孔として機能するように配置されている、実施形態１～１０のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【0114】

実施形態１２：コンデンサレンズ（１３０）と対物レンズ（１４０）との間に第２のビーム絞り開孔（１３２）をさらに備え、第２のビーム絞り開孔（１３２）が、第２の差動排気開孔として機能するように配置されている、実施形態１～１１のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【0115】

実施形態１３：第２の差動排気開孔と対物レンズとの間に少なくとも１つの第３の差動排気開孔（１３３）をさらに備える、実施形態１２に記載の電子顕微鏡。

【0116】

実施形態１４：放出先端（１１２）が第１の真空領域（１０ａ）に配置されており、コンデンサレンズ（１３０）が第２の真空領域（１０ｂ）に配置されており、電子顕微鏡が、第１の真空領域（１０ａ）を排気するためのイオンゲッタポンプ（１３）および非蒸発型ゲッタポンプ（１４）を備える、実施形態１～１３のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【0117】

実施形態１５：走査偏向器をさらに備え、電子顕微鏡が、高スループットウエハ検査用の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）として構成されている、実施形態１～１４のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【0118】

実施形態１６：本明細書に記載された実施形態のいずれかに記載の電子顕微鏡の電子源。

【0119】

実施形態１７：冷陰極電界放出型エミッタを備える電子源を有する電子顕微鏡を動作させる方法であって、第１の洗浄モードにおいて、冷陰極電界放出型エミッタの放出先端を、放出先端を加熱することによって洗浄すること、第２の洗浄モードにおいて、電子源の引出し電極を、引出し電極を加熱することによって洗浄すること、ならびに、動作モードにおいて、光軸（Ａ）に沿って伝搬させるために電子ビームを冷陰極電界放出型エミッタから引き出すことであり、電子ビームが、引出し電極に提供された第１の開口によって整形される、引き出すこと、コンデンサレンズを用いて電子ビームをコリメートすること、および対物レンズを用いて電子ビームを試料上に集束させることを含む方法。

【0120】

実施形態１８：第１の洗浄モードにおいて、放出先端を１５００℃よりも高い温度まで加熱するために、放出先端が結合した加熱フィラメントに電流が流れる、実施形態１７に記載の方法。

【0121】

実施形態１９：第２の洗浄モードにおいて、引出し電極を５００℃よりも高い温度まで加熱するために、引出し電極に隣接して配置された第２のヒータ、特に、引出し電極に隣接して配置された加熱ワイヤ（１２６）に電流が流れる、実施形態１７または１８に記載の方法。

【0122】

実施形態２０：第２の洗浄モードにおいて、電子刺激脱離および熱ガス放出のうちの少なくとも一方によって引出し電極を洗浄するために電子を加熱ワイヤから熱放出させるために、引出し電極に隣接して配置された加熱ワイヤに電流が流れる、実施形態１７～１９のいずれかに記載の方法。いくつかの実施形態では、加熱ワイヤを、１５００℃以上の温度、特に２０００℃以上の温度まで加熱する。

【0123】

実施形態２１：動作モードでの所定の期間の後に動作モードから第１の洗浄モードに切り替わること、特に、所定の動作間隔で第１の洗浄モードに自動的に切り替わることを含む、実施形態１７～２０のいずれかに記載の方法。

【0124】

実施形態２２：放出先端が第１の真空領域に配置されており、コンデンサレンズが、第１の真空領域の下流の第２の真空領域に配置されており、第１の開口が、第１の真空領域と第２の真空領域との間の差動排気開孔として機能し、この方法が、第１の真空領域および第２の真空領域を差動排気することを含み、第２の真空領域の下流に配置された第３の真空領域を、第２の真空領域と第３の真空領域との間に配置された第２の差動排気開孔を介して差動排気することを含んでもよい、実施形態１７～２１のいずれかに記載の方法。

【0125】

実施形態２３：動作モードにおいて、（ｉ）加速セクション内で電子ビームの電子を５ｋｅＶ以上のエネルギーまで加速することであって、加速セクションが、コンデンサレンズの上流にあるか、もしくはコンデンサレンズと少なくとも部分的に重なっている、加速すること、（ｉｉ）第１の内側磁極片および第１の外側磁極片を有するコンデンサレンズを用いて電子ビームをコリメートすることであって、放出先端と第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離が、放出先端と第１の外側磁極片との間の第２の軸方向距離よりも大きい、コリメートすること、ならびに／または（ｉｉｉ）減速セクション内で電子ビームの電子を３ｋｅＶ以下の入射エネルギーまで減速することであって、減速セクションが、対物レンズの下流にあるか、もしくは対物レンズと少なくとも部分的に重なっている、減速することのうちのいずれか１つまたは複数をさらに含む、実施形態１７～２２のいずれかに記載の方法。

【0126】

いくつかの実施形態では、加速セクション内で電子ビームの電子を少なくとも１０ｋｅＶ、特に少なくとも１５ｋｅＶ、とりわけ少なくとも３０ｋｅＶのエネルギーまで加速する。

【0127】

いくつかの実施形態では、減速セクション内で電子ビームの電子を２ｋｅＶ以下、特に１ｋｅＶ以下の入射エネルギーまで減速する。

【0128】

以下に示す請求項の各々は、先行する１つまたは複数の請求項に関するものであることがあること、および本開示は、請求項の任意のサブセットの特徴を含むこのような実施形態を包含することを理解すべきである。以上の説明は実施形態を対象としているが、基本的な範囲を逸脱することなく他の実施形態および追加の実施形態が考案される可能性があり、それらの実施形態の範囲は、以下に示す請求項によって決定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2024-06-21

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子源（１１０）であって、
放出先端（１１２）を備える冷陰極電界放出型エミッタ、
光軸（Ａ）に沿って伝搬させるために電子ビーム（１０５）を前記冷陰極電界放出型エミッタから引き出すための引出し電極（１１４）であり、第１のビーム絞り開孔として構成された第１の開口（１１５）を有する、前記引出し電極（１１４）、
抑制電極（１１３）、
前記放出先端（１１２）を、前記放出先端を加熱することによって洗浄するための第１の洗浄装置（１２１）であり、前記放出先端と熱接触した加熱フィラメント（１２５）を備える、前記第１の洗浄装置（１２１）、および
前記引出し電極（１１４）を、前記引出し電極を加熱することによって洗浄するための第２の洗浄装置（１２２）であり、前記引出し電極に隣接して配置された加熱ワイヤ（１２６）を備える、前記第２の洗浄装置（１２２）
を備える、前記電子源（１１０）と、
前記電子源の下流で前記電子ビームをコリメートするためのコンデンサレンズ（１３０）と、
前記電子ビームを試料上に集束させるための対物レンズ（１４０）と
を備え、
前記第１のビーム絞り開孔が、第１の差動排気開孔として機能するように配置されており、
前記抑制電極（１１３）が、前記加熱ワイヤ（１２６）によって放出された電子を前記放出先端（１１２）から離れる方向に偏向させるための電位にセットされるように構成されている、
電子顕微鏡（１００）。

【請求項2】

前記放出先端が、前記加熱フィラメントに取り付けられているか、または結合されている、請求項１に記載の電子顕微鏡。

【請求項3】

前記加熱ワイヤ（１２６）が、１５００℃以上の温度まで加熱されるように構成されている、請求項１に記載の電子顕微鏡。

【請求項4】

前記加熱ワイヤが、前記引出し電極の前記第１の開口（１１５）を少なくとも部分的に取り囲むように配置されている、請求項３に記載の電子顕微鏡。

【請求項5】

前記加熱ワイヤ（１２６）がタンタルを含み、またはタンタルでできている、請求項３に記載の電子顕微鏡。

【請求項6】

洗浄コントローラ（１２８）を備え、前記洗浄コントローラ（１２８）が、
第１の洗浄モードにおいて、前記放出先端を１５００℃よりも高い温度まで加熱するために、前記放出先端と熱接触した前記加熱フィラメント（１２５）に電流が流れることを可能にするように構成されており、または
第２の洗浄モードにおいて、前記引出し電極を少なくとも部分的に５００℃よりも高い温度まで加熱すること、および前記引出し電極の表面で電子刺激脱離を生じさせることのうちの少なくとも一方のために、前記第２の洗浄装置の前記加熱ワイヤ（１２６）に電流が流れることを可能にするように構成されている、
請求項１～５のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項7】

前記放出先端（１１２）と前記引出し電極（１１４）の前記第１の開口（１１５）との間の距離が５ｍｍ以下である、請求項１～５のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項8】

前記コンデンサレンズ（１３０）が、第１の内側磁極片および第１の外側磁極片を有する磁気コンデンサレンズであり、前記放出先端と前記第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離（Ｄ１）が、前記放出先端と前記第１の外側磁極片との間の第２の軸方向距離（Ｄ２）よりも大きい、請求項１～５のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項9】

前記対物レンズ（１４０）が、第２の内側磁極片および第２の外側磁極片を有する磁気対物レンズであり、前記第２の内側磁極片とサンプルステージとの間の第３の軸方向距離が、前記第２の外側磁極片と前記サンプルステージとの間の第４の軸方向距離よりも大きい、請求項１～５のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項10】

前記電子ビームを５ｋｅＶ以上のエネルギーまで加速するための加速セクションであって、前記コンデンサレンズの上流にあるか、または前記コンデンサレンズと少なくとも部分的に重なっている、前記加速セクションと、
前記電子ビームを前記５ｋｅＶ以上のエネルギーから２ｋｅＶ以下の入射エネルギーまで減速するための減速セクションであって、前記対物レンズの下流にあるか、または前記対物レンズと少なくとも部分的に重なっている、前記減速セクションと
を備える、請求項１～５のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項11】

前記抑制電極（１１３）が、前記加熱ワイヤ（１２６）によって放出された電子を前記引出し電極（１１４）に向かって偏向させるために前記電位にセットされるようにさらに構成されている、請求項１～５のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項12】

前記コンデンサレンズ（１３０）と前記対物レンズ（１４０）との間に第２のビーム絞り開孔（１３２）をさらに備え、前記第２のビーム絞り開孔（１３２）が、第２の差動排気開孔として機能するように配置されている、請求項１～５のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項13】

前記放出先端（１１２）が第１の真空領域（１０ａ）に配置されており、前記コンデンサレンズ（１３０）が第２の真空領域（１０ｂ）に配置されており、前記電子顕微鏡が、前記第１の真空領域（１０ａ）を排気するためのイオンゲッタポンプ（１３）および非蒸発型ゲッタポンプ（１４）を備える、請求項１～５のいずれかに記載の電子顕微鏡。

【請求項14】

電子顕微鏡用の電子源であって、
放出先端を備える冷陰極電界放出型エミッタと、
光軸に沿って伝搬させるために電子ビームを前記冷陰極電界放出型エミッタから引き出すための引出し電極と、
抑制電極（１１３）と、
前記放出先端を、前記放出先端を加熱することによって洗浄するための第１の洗浄装置であり、前記放出先端と熱接触した加熱フィラメントを備える、前記第１の洗浄装置と、
前記引出し電極を、前記引出し電極を加熱することによって洗浄するための第２の洗浄装置であり、前記第２の洗浄装置（１２２）が、前記引出し電極に隣接して配置された加熱ワイヤ（１２６）を備える、前記第２の洗浄装置と
を備え、
前記第１のビーム絞り開孔が、第１の差動排気開孔として機能するように配置されており、
前記抑制電極（１１３）が、前記加熱ワイヤ（１２６）によって放出された電子を前記放出先端（１１２）から離れる方向に偏向させるための電位にセットされるように構成されている、
電子源。

【請求項15】

冷陰極電界放出型エミッタを備える電子源を有する電子顕微鏡を動作させる方法であって、
第１の洗浄モードにおいて、前記冷陰極電界放出型エミッタの放出先端を、前記放出先端を加熱することによって洗浄すること、
第２の洗浄モードにおいて、前記電子源の引出し電極を、前記引出し電極を加熱ワイヤを用いて加熱することによって洗浄することであり、抑制電極が、前記加熱ワイヤを用いた前記加熱の間、前記加熱ワイヤによって放出された電子を前記放出先端から離れる方向に偏向させるための電位にセットされる、前記洗浄すること、ならびに
動作モードにおいて、
光軸に沿って伝搬させるために電子ビームを前記冷陰極電界放出型エミッタから引き出すことであり、前記電子ビームが、前記引出し電極に提供された第１の開口によって整形され、前記第１の開口が、第１の差動排気開孔として機能する、前記引き出すこと、
コンデンサレンズを用いて前記電子ビームをコリメートすること、および
対物レンズを用いて前記電子ビームを試料上に集束させること
を含む、方法。

【請求項16】

前記第１の洗浄モードにおいて、前記放出先端を１５００℃よりも高い温度まで加熱するために、前記放出先端が結合した前記加熱フィラメントに電流が流れる、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第２の洗浄モードにおいて、電子刺激脱離および熱ガス放出のうちの少なくとも一方または両方によって前記引出し電極を洗浄するために電子を前記加熱ワイヤから熱放出させるために、前記引出し電極に隣接して配置された前記加熱ワイヤに電流が流れる、請求項１５または１６に記載の方法。

【請求項18】

前記動作モードでの所定の期間の後に前記動作モードから前記第１の洗浄モードに切り替わることを含む、請求項１５または１６に記載の方法。

【請求項19】

前記放出先端が第１の真空領域に配置されており、前記コンデンサレンズが、前記第１の真空領域の下流の第２の真空領域に配置されており、前記第１の開口が、前記第１の真空領域と前記第２の真空領域との間の前記第１の差動排気開孔として機能し、前記方法が、
前記第１の真空領域および前記第２の真空領域を差動排気することを含み、前記第２の真空領域の下流に配置された第３の真空領域を、前記第２の真空領域と前記第３の真空領域との間に配置された第２の差動排気開孔を介して差動排気することを含んでもよい、
請求項１５または１６に記載の方法。

【請求項20】

前記動作モードにおいて、
加速セクション内で前記電子ビームの電子を５ｋｅＶ以上のエネルギーまで加速することであって、前記加速セクションが、前記コンデンサレンズの上流にあるか、または前記コンデンサレンズと少なくとも部分的に重なっている、前記加速すること、
第１の内側磁極片および第１の外側磁極片を有する前記コンデンサレンズを用いて前記電子ビームをコリメートすることであって、前記放出先端と前記第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離が、前記放出先端と前記第１の外側磁極片との間の第２の軸方向距離よりも大きい、前記コリメートすること、ならびに
減速セクション内で前記電子ビームの前記電子を３ｋｅＶ以下の入射エネルギーまで減速することであって、前記減速セクションが、前記対物レンズの下流にあるか、または前記対物レンズと少なくとも部分的に重なっている、前記減速すること
をさらに含む、請求項１５または１６に記載の方法。

【国際調査報告】