[发明专利]带有集成静电能量过滤器的带电粒子源

说明书

技术领域

本发明涉及带有集成静电能量过滤器的带电粒子源，该带电粒子源用于带电粒子设备中，该带电粒子源包括：

● 带电粒子发射器，其用于产生绕轴线的带电粒子束，

● 束限制孔口，其用于选择由发射器所产生的束的部分，该束限制孔口位于轴线周围，从而选择该束的轴向部分，

● 在能量选择膜片中的能量选择孔口，其用于从通过束限制孔口的束的部分选择具有所需能散度的粒子，

● 电极，其用于在能量选择膜片上形成带电粒子发射器的焦点；以及

● 电极，其用于产生静电偶极场以使得束偏转。

背景技术

这种粒子源从美国专利No. 6,770,878已知，其描述了带有集成欧米伽（omega）过滤器的带电粒子源。该带电粒子源包括离子或电子发射器，诸如肖特基发射器，其沿着轴线以锥形发射带电粒子。束限定孔口选择束的轴向部分且聚焦电极使得该源进一步沿着该轴线成像。充当偏转器的第一半球形电容器使得轴线弯曲，之后第二半球形电容器使得轴线平行于其原始方向弯曲，但移位。第三半球形电容器和第四半球形电容器使轴线往回弯曲使得其与其原始方向平行且对准，即：在其进入第一偏转器之前。过滤器的轴线因此类似希腊字母Ω，因而得其名。

在第二偏转器与第三偏转器之间，之前提到的聚焦电极形成该源的像散图像。由于轴线偏转，图像示出能量色散。能量选择孔口或狭缝放置于图像平面中，且从该束选择具有所需能散度的该束的一部分并传输，同时拦截能散度在所需能散度之外的电子。因此，显然，电极表面的机械对称轴线遵循过滤器的光轴。

应当指出的是使已知源以两种方式之一操作：第一设置，其中利用半球形电容器使轴线和因此束弯曲来实现能量过滤使得图像形成于能量选择孔口上；和第二设置，其中未激发四个半球形电容器，且轴线从发射到源输出的带电粒子直直延伸穿过在第一电容器和第四电容器中的小孔。在此第二设置中，不发生能量选择。

已知源的缺点在于半球形电容器为离轴的，且机械加工并对准形成这些半球形电容器的机械部件是复杂的。

在US6,770,878中所讨论的过滤器的一般化形式在美国专利申请No. 2008/0290273 A1中公开。此处不仅讨论了Ω过滤器，而且也讨论了α过滤器，其为消除像散所需的光学器件。根据本申请，本领域技术人员（专家）必须首先选择单色仪的轴线形状，例如Ω或α，导致针对US 6,770,878所述的类似缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供这种缺点的补救。

为此目的，根据本发明的带电粒子源的特征在于带电粒子发射器、聚焦电极和偏转电极绕直轴线布置。

本发明是基于以下见解：尽管带电离子束显著地偏离轴线，源的适当设计允许其中电极（包括多极）绕直轴线居中的设计。这与本领域技术人员的以下认识或甚至偏见相反：在可能的情况下，电极应绕束居中以得到无（例如）像散和彗差的模块。本发明还基于以下见解：通过将所有的电极放置于相同直轴线上，电极能由机械加工方法形成，机械加工方法适合于以高准确度形成同心部件。本发明者认识到能通过首先安装金属板，从金属板将电极制到彼此上（由例如钎焊到电极的合适陶瓷或模制到它们上的环氧树脂使它们彼此分隔且电绝缘）来接合机械部件。诸如使用火花腐蚀或使用车床的同心机械加工方法然后得到高度同心的电极。因此，随后安装发射器和膜片（包括能量选择狭缝)因此导致具有高度同心性和因此较小旋转误差的源。如本领域技术人员已知的那样，需要具有较小旋转误差的产品来实现小像差。与非同心设计中相当的位置误差相比，通过将部件形成为同心部件来形成具有小旋转误差的源更容易且因此更便宜。

应当指出的是平行于电极平面的位置误差（因此，在z方向中的移位)并不导致较大误差且在许多情况下能由模块的略微不同的激发补偿，导致例如聚焦电极的略微不同的透镜作用。

提到从美国专利No. 7,034,315已知的带集成能量过滤器的另一粒子源。此处，发射器和透镜放置于轴线上，且束限定孔口选择由该源发出的束的偏心（离轴）部分。束的此偏心部分说明透镜偏心且透镜形成束的偏心部分的焦点。由于束是偏心的，所形成的焦点示出色像差，得到具有能量色散的线焦点。通过现在将能量选择狭缝放置于所形成的焦点中，仅具有选定能量的电子通过狭缝传输。偏转器用于使得电子沿着轴线偏转。

这种源的缺点在于离开该源的电子对于不同能量示出虚拟光斑的不同位置。换言之：由此源产生的电子看起来从一位置发出，该位置取决于电子能量且形成一种虚拟“彩虹”源。

另一缺点在于发射器必须具有发射模式，其导致在所用偏心接受角处的高亮度。