(57)【要約】      （修正有）【課題】電子銃を相手側装置に搭載した後に、電子ビームの焦点を短焦点側および長焦点側に調整できる装置を提供する。【解決手段】フォトカソード３と、アノード４と、を含む電子銃１であって、フォトカソード３とアノード４との間に配置する中間電極２を更に含み、中間電極２は、フォトカソード３から射出した電子ビームＢが通過する電子ビーム通過孔２１を有し、電子ビーム通過孔２１には、電圧の印加によりフォトカソード３とアノード４との間に電界が形成された際に、電界の影響を無視できるドリフトスペースが形成されている電子銃。【選択図】図１
2020064729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトカソードと、
アノードと、
を含む電子銃であって、
前記電子銃は、
前記フォトカソードと前記アノードとの間に配置する中間電極
を更に含み、
前記中間電極は、
前記フォトカソードから射出した電子ビームが通過する電子ビーム通過孔を有し、
前記電子ビーム通過孔には、電圧の印加により前記フォトカソードと前記アノードとの間に電界が形成された際に、前記電界の影響を無視できるドリフトスペースが形成されている
電子銃。
【請求項２】
前記中間電極は、
前記電子ビーム通過孔の中心軸方向の長さをＤ、
前記電子ビーム通過孔の電子ビームの入口の断面長をａ、
前記電子ビーム通過孔の電子ビームの出口の断面長をｂ、
と規定した際に、
Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）が１より大きい関係を有する
請求項１に記載の電子銃。
【請求項３】
前記中間電極を、前記フォトカソードと前記アノードとの間で、前記電子ビーム通過孔の中心軸方向に駆動するための駆動部を含む
請求項１または２に記載の電子銃。
【請求項４】
前記中間電極の前記電子ビーム通過孔の中心軸方向の長さＤが可変である
請求項１〜３の何れか一項に記載の電子銃。
【請求項５】
前記フォトカソードと前記アノードとの間に電界を形成し、前記中間電極に電圧を印加する電源を含む、
請求項１〜４の何れか一項に記載の電子銃。
【請求項６】
前記フォトカソードの電圧を第１電圧、前記アノードの電圧を第２電圧と規定した際に、
前記電源は、前記第１電圧より相対的にプラスで、前記第２電圧より相対的にマイナスの範囲内で前記中間電極に電圧を印加できる
請求項５に記載の電子銃。
【請求項７】
前記フォトカソード、及び／又は、前記アノードを、前記電子ビーム通過孔の中心軸方向に駆動するための駆動部を含む
請求項１〜６の何れか一項に記載の電子銃。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子銃を含む電子線適用装置であって、
前記電子線適用装置は、
自由電子レーザー加速器、
電子顕微鏡、
電子線ホログラフィー装置、
電子線描画装置、
電子線回折装置、
電子線検査装置、
電子線金属積層造形装置、
電子線リソグラフィー装置、
電子線加工装置、
電子線硬化装置、
電子線滅菌装置、
電子線殺菌装置、
プラズマ発生装置、
原子状元素発生装置、
スピン偏極電子線発生装置、
カソードルミネッセンス装置、または、
逆光電子分光装置
である
電子線適用装置。
【請求項９】
電子銃による電子ビームの射出方法であって、
前記射出方法は、
フォトカソードからアノードに向けて電子ビームを射出する電子ビーム射出工程、
前記フォトカソードから射出した電子ビームが、中間電極の電子ビーム通過孔に形成され、且つ、電圧の印加により前記カソードと前記アノードとの間に形成された電界の影響を無視できるドリフトスペースを通過するドリフトスペース通過工程、
前記ドリフトスペース通過工程後の電子ビームが、前記アノードに向けて収束する電子ビーム収束工程、
を含む
電子銃による電子ビームの射出方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子銃による電子ビームの射出方法の電子ビーム射出工程（ＳＴ１）から電子ビーム収束工程（ＳＴ３）の間において、
電子ビーム幅調整工程を含む、
電子ビームの焦点位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願における開示は、電子銃、電子線適用装置、電子銃による電子射出方法、および、電子ビームの焦点位置調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトカソードを搭載した電子銃、当該電子銃を含む電子顕微鏡、自由電子レーザー加速器、検査装置等の電子線適用装置（以下、電子線適用装置から電子銃を除いた装置を「相手側装置」と記載することがある。）が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
電子銃を備えた装置は、明るい像、高い解像度が得られることが好ましい。そのため、電子銃を最初に相手側装置に搭載した時や電子銃を交換した時に、電子銃から射出した電子ビームが、相手側装置の電子光学系の光軸と一致するように、電子ビームの入射軸を調整する作業が一般的に行われている。また、電子ビームの入射軸の調整に加え、相手側装置の所望の位置で電子ビームが焦点を結ぶように、焦点位置を調整する作業も一般的に行われている。
【０００４】
電子ビームの焦点位置を調整する方法として、電子銃の取付位置の調整以外に、フォトカソードとアノードとの間にウェーネルト電極を設けることが知られている（特許文献２および３参照）。ウェーネルト電極に電圧を印加することで、フォトカソードから射出した電子ビームを絞ることができ、その結果、ウェーネルト電極を用いない場合と比較して、焦点位置を電子銃側に移動することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／００８５６１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／０３４０８６号公報
【特許文献３】特表２００２−５３９６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のとおり、ウェーネルト電極を用いることで、電子銃を相手側装置に搭載後、電子銃を固定した状態で電子銃の焦点位置を変えることができる。ところで、電子銃の搭載位置によっては、焦点を電子銃から離れた方向（以下、「長焦点側」と記載することがある。）に制御したい場合もある。しかしながら、本発明者らは、ウェーネルト電極を用いた場合、次の問題点があることを見出した。
（１）ウェーネルト電極は、電圧を印加した際に電子ビームを絞ることで焦点位置を電子銃側（以下、「短焦点側」と記載することがある。）に調整するために用いられる。したがって、通常は短焦点側への調整しかできない。
（２）電子銃を相手側装置に搭載する際に、ウェーネルト電極に印加する電圧の上下限値の中間値程度の電圧を印加する状態を初期設定と仮定する。その場合、ウェーネルト電極に印加する電圧値を調整することで、電子銃を相手側装置に搭載した後に、電子ビームの焦点を短焦点側および長焦点側に調整することは、原理的には可能である。しかしながら、ウェーネルト電極は、電極に電圧を印加することで発生した電界により電子ビームを絞る。そのため、電子ビームの幅を調整できるのは、電子ビームがウェーネルト電極を通過する間のみとなることから、仮に短焦点側および長焦点側に焦点位置を調整できたとしても、調整する範囲が狭い。
（３）現状では、電子銃を相手側装置に搭載した後に、電子ビームの焦点を短焦点側および長焦点側、換言すると、２つの異なる方向に調整する方法（装置）は、ウェーネルト電極以外に知られていない。
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究を行ったところ、（１）フォトカソードとアノードとの間に中間電極を設け、（２）該中間電極には、印加した電圧によりフォトカソードとアノードとの間に電界が形成された際に、電界の影響を無視できるドリフトスペースが形成されている電子ビーム通過孔を設け、（３）フォトカソードから射出した電子ビームを、ドリフトスペースが形成されている電子ビーム通過孔を通してアノード側に射出する際に、ドリフトスペース内で電子ビームの幅を広げるという新たな方法（装置）により、電子ビームの焦点位置を短焦点側および長焦点側の何れの方向にも調整できること、を新たに見出した。
【０００８】
そこで、本出願の開示の目的は、電子ビームの焦点位置を短焦点側および長焦点側の何れの方向にも調整ができる新たな装置（方法）を用いた電子銃、電子線適用装置、電子銃による電子射出方法、および、電子ビームの焦点位置調整方法を提供することにある。本出願の開示のその他の任意付加的な効果は、発明を実施するための形態において明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本出願は、以下に示す、電子銃、電子線適用装置、電子銃による電子射出方法、および、電子ビームの焦点位置調整方法に関する。
【００１０】
（１）フォトカソードと、
アノードと、
を含む電子銃であって、
前記電子銃は、
前記フォトカソードと前記アノードとの間に配置する中間電極
を更に含み、
前記中間電極は、
前記フォトカソードから射出した電子ビームが通過する電子ビーム通過孔を有し、
前記電子ビーム通過孔には、電圧の印加により前記フォトカソードと前記アノードとの間に電界が形成された際に、前記電界の影響を無視できるドリフトスペースが形成されている
電子銃。
（２）前記中間電極は、
前記電子ビーム通過孔の中心軸方向の長さをＤ、
前記電子ビーム通過孔の電子ビームの入口の断面長をａ、
前記電子ビーム通過孔の電子ビームの出口の断面長をｂ、
と規定した際に、
Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）が１より大きい関係を有する
上記（１）に記載の電子銃。
（３）前記中間電極を、前記フォトカソードと前記アノードとの間で、前記電子ビーム通過孔の中心軸方向に駆動するための駆動部を含む
上記（１）または（２）に記載の電子銃。
（４）前記中間電極の前記電子ビーム通過孔の中心軸方向の長さＤが可変である
上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の電子銃。
（５）前記フォトカソードと前記アノードとの間に電界を形成し、前記中間電極に電圧を印加する電源を含む、
上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の電子銃。
（６）前記フォトカソードの電圧を第１電圧、前記アノードの電圧を第２電圧と規定した際に、
前記電源は、前記第１電圧より相対的にプラスで、前記第２電圧より相対的にマイナスの範囲内で前記中間電極に電圧を印加できる
上記（５）に記載の電子銃。
（７）前記フォトカソード、及び／又は、前記アノードを、前記電子ビーム通過孔の中心軸方向に駆動するための駆動部を含む
上記（１）〜（６）の何れか一つに記載の電子銃。
（８）上記（１）乃至（７）のいずれか一つに記載の電子銃を含む電子線適用装置であって、
前記電子線適用装置は、
自由電子レーザー加速器、
電子顕微鏡、
電子線ホログラフィー装置、
電子線描画装置、
電子線回折装置、
電子線検査装置、
電子線金属積層造形装置、
電子線リソグラフィー装置、
電子線加工装置、
電子線硬化装置、
電子線滅菌装置、
電子線殺菌装置、
プラズマ発生装置、
原子状元素発生装置、
スピン偏極電子線発生装置、
カソードルミネッセンス装置、または、
逆光電子分光装置
である
電子線適用装置。
（９）電子銃による電子ビームの射出方法であって、
前記射出方法は、
フォトカソードからアノードに向けて電子ビームを射出する電子ビーム射出工程、
前記フォトカソードから射出した電子ビームが、中間電極の電子ビーム通過孔に形成され、且つ、電圧の印加により前記カソードと前記アノードとの間に形成された電界の影響を無視できるドリフトスペースを通過するドリフトスペース通過工程、
前記ドリフトスペース通過工程後の電子ビームが、前記アノードに向けて収束する電子ビーム収束工程、
を含む
電子銃による電子ビームの射出方法。
（１０）上記（９）に記載の電子銃による電子ビームの射出方法の電子ビーム射出工程（ＳＴ１）から電子ビーム収束工程（ＳＴ３）の間において、
電子ビーム幅調整工程を含む、
電子ビームの焦点位置調整方法。
【発明の効果】
【００１１】
本出願の開示により、電子銃を相手側装置に搭載した後であっても、電子ビームの焦点位置を、短焦点側および長焦点側の何れの方向にも調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、電子銃１、および、電子銃１を搭載した装置を模式的に示す図である。
【図２】図２は、電子銃１、および、電子銃１を搭載した装置を模式的に示す図である。
【図３】図３は、中間電極２の概略について説明する図である。
【図４】図４は、カソード３とアノード４との間に、ドリフトスペース２４を有する中間電極２を設けることで、焦点距離を調整できる原理を説明するための図である。
【図５】図５は、カソード３とアノード４との間に、ドリフトスペース２４を有する中間電極２を設けることで、焦点距離を調整できる原理を説明するための図である。
【図６】図６は、焦点位置調整の第１の実施形態の概略を説明するための図である。
【図７】図７は、焦点位置調整の第２の実施形態の概略を説明するための図である。
【図８】図８は、焦点位置調整の第３の実施形態の概略を説明するための図である。
【図９】図９は、焦点位置調整の第３の実施形態の概略を説明するための図である。
【図１０】図１０は、焦点位置調整の第４の実施形態の概略を説明するための図である。
【図１１】図１１は、焦点位置調整の第５の実施形態の概略を説明するための図である。
【図１２】図１２は、電子ビームの射出方法の実施形態について説明するための図である。
【図１３】図１３は、実施例１について説明するための図である。
【図１４】図１４は、実施例２について説明するための図である。
【図１５】図１５は、実施例３について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、電子銃、電子線適用装置、電子銃による電子射出方法、および、電子ビームの焦点位置調整方法について詳しく説明する。なお、本明細書において、同種の機能を有する部材には、同一または類似の符号が付されている。そして、同一または類似の符号の付された部材について、繰り返しとなる説明が省略される場合がある。
【００１４】
（電子銃の実施形態）
図１を参照して、電子銃の構成例の概略について説明する。図１は、電子銃１、および、電子銃１を搭載した相手側装置Ｅを模式的に示す図である。
【００１５】
電子銃１の実施形態は、中間電極２と、フォトカソード３と、アノード４と、を少なくとも具備している。また、必要に応じて、電源６と光源７を、電子銃１を構成する要素として具備していてもよい。なお、電源６と光源７は、電子銃１を作動させる際に、別途取り付けてもよい。
【００１６】
中間電極２は、フォトカソード３から射出した電子ビームが通過する電子ビーム通過孔２１を有している。また、電子ビーム通過孔２１には、フォトカソード３とアノード４との間の電圧差により形成された電界の影響を無視できるドリフトスペースが形成されている。中間電極２の構成の詳細については後述する。
【００１７】
図１に記載の例では、中間電極２、フォトカソード３、アノード４は、真空チャンバーＣＢ内に配置されている。フォトカソード３は、光源７から照射される励起光Ｌの受光に応じて、電子ビームＢを射出する。より具体的には、フォトカソード３中の電子は、励起光Ｌによって励起され、励起された電子が、フォトカソード３から射出される。射出した電子は、アノード４とカソード３とによって形成される電界により、電子ビームＢを形成する。なお、本明細書における「フォトカソード」と「カソード」との記載に関し、電子ビームを射出するという意味で記載する場合には「フォトカソード」と記載し、「アノード」の対極との意味で記載する場合には「カソード」と記載することがあるが、符号に関しては、「フォトカソード」および「カソード」の何れの場合でも３を用いる。
【００１８】
図１に記載の例では、励起光Ｌが、フォトカソード３の正面側から照射されているが、代替的に、励起光Ｌが、フォトカソード３の背面側から照射されるようにしてもよい。また、図１に記載の例では、フォトカソード３は、電子ビーム通過孔５ｈを備えたフォトカソード収納容器５内に配置されている。フォトカソード収納容器５内には、フォトカソード３をＥＡ表面処理（換言すれば、電子親和力の低下処理）するための処理材料５ｍが配置されていてもよい。
【００１９】
フォトカソード３を形成するためのフォトカソード材料は、励起光を照射することで電子ビームを射出できれば特に制限はなく、ＥＡ表面処理が必要な材料、ＥＡ表面処理が不要な材料等が挙げられる。ＥＡ表面処理が必要な材料としては、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、ＩＩ−Ｖ族半導体材料が挙げられる。具体的には、ＡｌＮ、Ｃｅ２Ｔｅ、ＧａＮ、１種類以上のアルカリ金属とＳｂの化合物、ＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ等およびそれらの混晶等が挙げられる。その他の例としては金属が挙げられ、具体的には、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｂ、ＬａＢ６、ＳｅＢ６、Ａｇ等が挙げられる。前記フォトカソード材料をＥＡ表面処理することでフォトカソード３を作製することができ、該フォトカソード３は、半導体のギャップエネルギーに応じた近紫外−赤外波長領域で励起光の選択が可能となるのみでなく、電子ビームの用途に応じた電子ビーム源性能（量子収量、耐久性、単色性、時間応答性、スピン偏極度）が半導体の材料や構造の選択により可能となる。
【００２０】
また、ＥＡ表面処理が不要な材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｙ等の金属単体、或いは、合金、金属化合物、又は、ダイアモンド、ＷＢａＯ、Ｃｓ2Ｔｅ等が挙げられる。ＥＡ表面処理が不要であるフォトカソードは、公知の方法（例えば、特許第３５３７７７９号等を参照）で作製すればよい。フォトカソード３として、ＥＡ表面処理が不要なフォトカソードを用いた場合は、フォトカソード収納容器５は配置しなくてもよい。
【００２１】
アノード４は、カソード３と電界を形成できるものであれ特に制限はなく、電子銃の分野において一般的に用いられているアノードを使用することができる。
【００２２】
電子銃１の実施形態では、カソード３からアノード４に向けて電子ビームＢが射出できれば、電源の配置に特に制限はない。例えば、カソード３の電圧を第１電圧、アノード４の電圧を第２電圧と規定した際に、
（１）第１電圧より相対的に第２電圧がプラスになるように電位差を設けることでカソード３とアノード４との間に電界が形成され、
（２）中間電極２には、第１電圧より相対的にプラス、第２電圧より相対的にマイナスとなる範囲内で電圧が印加され、
ればよい。
なお、中間電極２に印加される電圧は、第１電圧より相対的にプラス、第２電圧より相対的にマイナスの範囲内であれば可変であってもよい。
【００２３】
より具体的には、図１に示す例では、第１電源６ａと第２電源６ｂの２つの電源を具備している。図１に示す例では、第１電源６ａによりカソード３（「フォトカソード３」、または、「フォトカソード３＋フォトカソード収納容器５」）に電圧を印加することで、カソード３とアノード４との間に電位差が生じ、電界を形成できる。また、第２電源６ｂを用いて、中間電極２に電圧を印加できる。
【００２４】
また、図２に示す例では、具備する電源６が一つの例を示している。図２に示す例では、電源６と中間電極２を接続する回路に第１抵抗８ａを設け、電源６とアノード４を接続する回路であって、中間電極２への回路分岐点よりアノード４側に、第２抵抗８ｂを設けている。第１抵抗８ａ及び第２抵抗８ｂの抵抗値は、
（１）第１電圧より相対的に第２電圧がプラスになるように電位差を設けることでカソード３とアノード４との間に電界が形成され、
（２）中間電極２には、第１電圧より相対的にプラス、第２電圧より相対的にマイナスとなる範囲内で電圧が印加される、
ように、適宜調整すればよい。また、第１抵抗８ａ及び第２抵抗８ｂは、固定抵抗であってもよいし、可変抵抗であってもよい。
【００２５】
なお、図示は省略するが、カソード３に電圧を印加する電源、中間電極２に電圧を印加する電源、及び、アノード４に電圧を印加する電源、つまり、３つの電源６を具備していてもよい。電源６は、電子銃の分野で一般的に用いられている電源を使用することができる。
【００２６】
光源７は、フォトカソード３に励起光Ｌを照射することで、電子ビームＢを射出できるものであれば特に制限はない。光源７は、例えば、高出力（ワット級）、高周波数（数百ＭＨｚ）、超短パルスレーザー光源、比較的安価なレーザーダイオード、ＬＥＤ等が挙げられる。照射する励起光Ｌは、パルス光、連続光の何れでもよく、目的に応じて適宜調整すればよい。図１に記載の例では、光源２は、真空チャンバーＣＢ外に配置されている。代替的に、光源２を真空チャンバーＣＢ内に配置しても構わない。
【００２７】
（中間電極２の概略）
図３を参照して中間電極２の概略について説明する。図３Ａは、カソード３、中間電極２、アノード４の概略断面図、図３Ｂは図３ＡのＸ−Ｘ’断面図、図３Ｃは図３ＡのＹ−Ｙ’断面図である。図３に示す例では、中間電極２は中空の円筒で形成されている。中間電極２は、内部にフォトカソード３から射出した電子ビームが通過する電子ビーム通過孔２１が形成され、電子ビーム通過孔２１のフォトカソード３側には電子ビームの入口２２、電子ビーム通過孔２１のアノード４側には電子ビームの出口２３が形成されている。カソード３とアノード４との間に電位差が生じるように電圧を印加し、中間電極２にも電圧を印加することで、図３Ａに示すように、カソード３と中間電極２との間、中間電極２とアノード４との間には、電界ＥＦが発生する。
【００２８】
ところで、発生した電界ＥＦが空隙内の電子ビームの運動に強く及ぼす影響の範囲は、空隙の開口部が円の場合、当該円を最大断面として含む球内である。換言すると、図３Ｂに示す電子ビームの入口２２の直径をａと規定した場合、電子ビーム通過孔２１の電子ビームの入口２２の中心を球心とした半径ａ／２の球内が、発生した電界ＥＦの影響を強く受けることになる。同様に、図３Ｃに示す電子ビームの出口２３の直径をｂと規定した場合、電子ビーム通過孔２１の電子ビームの出口２３の中心を球心とした半径ｂ／２の球内が、発生した電界ＥＦの影響を受けることになる。したがって、電子ビーム通過孔２１の中心軸方向の長さをＤと規定した場合、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）が１より大きい場合には、電子ビーム通過孔２１内には、電界ＥＦの影響を受けないドリフトスペース２４が形成される。なお、本明細書において、「中心軸方向」とは、電子ビームの入口２２の中心と電子ビームの出口２３の中心とを結んだ方向を意味する。
【００２９】
上記のとおり、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）が１より大きい場合にはドリフトスペース２４が形成される。Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）は、１より大きければ特に制限はないが、焦点位置の調整範囲を大きくするためには、ドリフトスペース２４がある程度の長さがあることが好ましく、例えば、１．５以上、２以上、３以上、４以上、５以上等、適宜設定すればよい。一方、フォトカソード３から射出した電子ビームが、電子ビーム通過孔２１を通過できる範囲内であれば、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）の上限は特にない。しかしながら、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）が大きくなる、換言すると、電子ビーム通過孔２１の長さＤが長くなりすぎると、電子銃１が大型化してしまうという問題がある。したがって、装置設計上の観点からは、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）は１０００以下とすることが好ましく、必要に応じて、５００以下、１００以下、５０以下等、適宜設定すればよい。
【００３０】
なお、図３に示す例では、中間電極２は中空の円筒形で、電子ビーム通過孔２１は円錐状であるが、中間電極２は、電子ビーム通過孔２１を有し、且つ、ドリフトスペース２４が形成されれば形状に特に制限はない。例えば、電子ビーム通過孔２１の断面が多角形であってもよく、その場合、「ａ」と「ｂ」は、多角形の外接円の直径とすればよい。その場合、外接円の中心を結んだ線を「中心軸方向」とすればよい。また、電子ビーム通過孔２１の断面が楕円の場合には、「ａ」と「ｂ」は、楕円の長軸とすればよい。その場合、長軸の中間点を結んだ線を「中心軸方向」とすればよい。また、図３に示す例では、電子ビームの入口２２の方が出口２３より小さい、換言すると、ａ＜ｂの関係となっているが、ａとｂは、ａ＝ｂまたはａ＞ｂの関係であってもよい。また、図３Ａに示す例では、電子ビームの入口２２と出口２３を結んだ線は、断面視で直線となっているが、断面視で非直線としてもよい。例えば、電子ビーム通過孔２１の中央部の断面（ドリフトスペースを形成する部分の断面）の長さをａとｂより長くすることで、電子ビーム通過孔２１が略樽状となるようにしてもよい。なお、電子ビームの幅はドリフトスペース２４内で広くなるが、幅が広がった電子ビームが電子ビーム通過孔の壁面に衝突しないようにすることが好ましい。そのため、電子ビーム通過孔２１の断面の大きさは、焦点位置の調整範囲に基づき電子ビームの幅をどの程度まで広げるのか計算し、適宜決定すればよい。
【００３１】
中間電極２は、カソード３とアノード４との間に配置されていればよいが、中間電極２の配置位置がカソード３又はアノード４に近すぎる、換言すると、放電限界を超えてしまうと、電子ビームが飛ばなくなる。したがって、中間電極２は、カソード３とアノード４との距離が放電限界を超えないように配置すればよい。
【００３２】
また、図３に示す例では、中間電極２は単一の部材として形成されているが、カソード３とアノード４との間に形成した電界ＥＦが、電子ビームの入口２２と出口２３以外の部分から電子ビーム通過孔２１内に入り込まなければ、複数の部材を組合わせた分割構造としてもよい。
【００３３】
中間電極２を作製する材料は、導体であれば特に制限はなく、ステンレス・スチール（ＳＵＳ）等の金属が挙げられる。
【００３４】
図４および図５を参照して、カソード３とアノード４との間に、ドリフトスペース２４を有する中間電極２を設けることで、焦点距離を調整できる原理を説明する。図４は、中間電極２とアノード４との間の原理を説明するための図である。図５は、カソード３と中間電極２との間の原理を説明するための図である。
【００３５】
電子ビームが電界を通過するとき、以下の原理に基づいて、電界から力を受けることが知られている。
原理１：電子ビームは、その中心軸から外側の部位であるほど、より強い力を受ける。
原理２：電子ビームは、単位長さ当たり、多くの等電位線を横切るほど、より強い力を受ける。
原理３：電子ビームは、等電位線を横切るとき、その進行方向のエネルギーが大きいほど、垂直方向（進行方向に対して）に受ける力は小さくなる。
【００３６】
電子ビームの形状は、上記原理に基づいて受ける力の総合によって決まる。すなわち、上記原理によって受ける力のバランスを調整することで、電子ビーム形状を成形でき、その結果、焦点位置を調整することができる。
【００３７】
先ず、図４を参照して、中間電極２とアノード４との間の原理を説明する。図４Ａに示すように、中間電極２とアノード４との間には、電位差により電界ＦＥが発生する。その際、電界ＥＦ内では等電位線ＥＬが形成され、等電位線ＥＬに対して法線方向の力ＥＬＶが発生する。つまり、電子ビームは、この法線方向の力ＥＬＶの影響を受ける。
【００３８】
次に、中間電極２からアノード４に向けて射出した電子ビームが収束する動きについて説明する。図４Ａに示すように、中間電極２の電子ビームの出口には、等電位線ＥＬが中間電極２の空隙内に入り込むが、中心軸方向から外れるに従って、法線方向の力ＥＬＶの角度は、中心軸方向に対して平行から角度を有するようになる。換言すると、等電位線ＥＬと中心軸方向とが交差する部分の法線方向の力ＥＬＶは、電子ビームに対して直進方向の力を付与するが、交差する部分から外れるほど、法線方向の力ＥＬＶのベクトル成分により、電子ビームを中心軸方向に絞り込む力が大きくなる。したがって、ドリフトスペース２４を通過した直後の電子ビームの幅が大きい程、電子ビームに対して付与される中心軸方向に絞り込む力が大きくなる（原理１）ため、焦点が短焦点側になる。
【００３９】
次に、ドリフトスペース２４を通過した直後の電子ビームの幅の大きさが同じ場合の焦点位置の第１の調整例について説明する。図４Ｂは、中間電極２とアノード４との距離は同じであるが、中間電極２とアノード４との間の電位差を変えた例を示している。図４Ｂに示すように、中間電極２とアノード４との間の電位差を図４Ａより大きくした場合、発生する電界が大きくなることから等電位線ＥＬの密度も大きくなる。換言すると、電子ビームに与える力が大きくなる（原理２）。したがって、ドリフトスペース２４を通過することで幅が大きくなった電子ビームを中心軸方向に絞り込む力が図４Ａに示す例より大きくなり、焦点は短焦点側に移動する。逆に、中間電極２とアノード４との間の電位差を図４Ａより小さくした場合は、焦点は長焦点側に移動する。
【００４０】
図４Ｃは、ドリフトスペース２４を通過した直後の電子ビームの幅の大きさが同じ場合の焦点位置の第２の調整例について示している。図４Ｃは、中間電極２とアノード４との電位差は同じであるが、中間電極２とアノード４との間の距離を変えた例を示している。図４Ｃに示すように、中間電極２とアノード４との間の距離を図４Ａより短くした場合、等電位線ＥＬの密度が大きくなる。換言すると、図４Ａより短時間（短距離）で、電子ビームを中心軸方向に絞る力が与えられる。したがって、ドリフトスペース２４を通過することで幅が大きくなった電子ビームを中心軸方向に絞り込む単位距離当たりの力が、図４Ａに示す例より大きくなる（原理２）ため、焦点は短焦点側に移動する。逆に、中間電極２とアノード４との間の距離を図４Ａより長くした場合、焦点は長焦点側に移動する。
【００４１】
次に、図５を参照して、カソード３と中間電極２との間の原理を説明する。図５Ａに示すように、カソード３と中間電極２との間には、電位差により電界ＦＥが発生する。その際、図４Ａと同様、電界ＥＦ内では等電位線ＥＬが形成され、等電位線ＥＬに対して法線方向の力ＥＬＶが発生する。つまり、射出した電子ビームは、この法線方向の力ＥＬＶの影響を受ける。
【００４２】
次に、カソード３から射出した電子ビームが中間電極２に入る際の電子ビームの幅の第１の調整例について説明する。図５Ｂは、カソード３と中間電極２との距離は同じであるが、カソード３と中間電極２との間の電位差を変えた例を示している。図５Ｂに示すように、カソード３と中間電極２との間の電位差を図５Ａより大きくした場合、発生する電界が大きくなることから等電位線ＥＬの密度も大きくなる。換言すると、進行方向のエネルギーが大きくなるため、垂直方向（進行方向に対して）に受ける力は小さくなる（原理３）。すなわち、電子ビームを広げようとする力が小さくなる。このとき、原理２によってビームを広げようとする力も受けるが、その影響よりも、原理３が優位となる条件（電位差、電極間距離）とすることで、図５Ｂに示す例では、カソード３から射出した電子ビームが中間電極２に入る時の幅は、図５Ａに示す例より小さくなる。
【００４３】
逆に、カソード３と中間電極２との間の電位差を図５Ａより小さくした場合は、図５Ａに示す例より中心軸方向に沿って直進する力が小さくなるため、垂直方向（進行方向に対して）に受ける力は大きくなる（原理３）。すなわち、電子ビームを広げようとする力が大きくなるため、図５Ａに示す例より更に広くなる。そして、ドリフトスペース２４内は電界が生じていないことから、ドリフトスペース２４の入口で広がる方向のエネルギーを有する電子ビームの幅は、ドリフトスペース２４内で更に大きくなる。
【００４４】
次に、カソード３から射出した電子ビームが中間電極２に入る際の電子ビームの幅の第２の調整例について説明する。図５Ｃは、カソード３と中間電極２との電位差は同じであるが、カソード３と中間電極２との間の距離を変えた例を示している。図５Ｃに示すように、カソード３と中間電極２との間の距離を図５Ａより短くした場合、等電位線ＥＬの密度が大きくなる。換言すると、進行方向のエネルギーが大きくなるため、垂直方向（進行方向に対して）に受ける力は小さくなる（原理３）。すなわち、電子ビームを広げようとする力が小さくなる。このとき、原理２によってビームを広げようとする力も受けるが、その影響よりも、原理３が優位となる条件（電位差、電極間距離）とすることで、図５Ｃに示す例では、カソード３から射出した電子ビームが中間電極２に入る時の幅は、図５Ａに示す例より小さくなる。
【００４５】
逆に、カソード３と中間電極２との間の距離を図５Ａより長くした場合は、等電位線ＥＬの密度が小さくなることから、図５Ａに示す例より中心軸方向に沿って直進する力が小さくなる。その場合、垂直方向（進行方向に対して）に受ける力が強くなる（原理３）。すなわち、ビームを広げようとする力が大きくなる。したがって、電子ビームの幅は、図５Ａに示す例より更に広くなる。そして、ドリフトスペース２４内は電界が生じていないことから、ドリフトスペース２４の入口で広がる方向のエネルギーを有する電子ビームの幅は、ドリフトスペース２４内で更に大きくなる。
【００４６】
また、詳細な説明は省略するが、ドリフトスペース２４を長くするほど、ドリフトスペース２４を通過する間に、電子ビームの幅は大きくなる。したがって、本明細書で開示する電子銃は、中間電極２とアノード４との間の等電位線ＥＬの密度の調整（中間電極２とアノード４との距離の調整、電位差の調整）、カソード３と中間電極２との間の等電位線ＥＬの密度の調整（カソード３と中間電極２との距離の調整、電位差の調整）、および、ドリフトスペース２４の長さの調整を組み合すことで、電子銃を相手側装置に搭載した後で、焦点位置を、長焦点側および短焦点側の何れの方向にも適切に調整できる。
【００４７】
次に、焦点位置の調整の各種実施形態について説明する。
（焦点位置調整の第１の実施形態）
図６は、焦点位置調整の第１の実施形態の概略を説明するための図である。図６では、カソード３とアノード４に印加する電圧差は一定で、中間電極２に印加する電圧値を変化させることで、焦点位置を調整する例を示している。図６Ａ乃至６Ｃに示すように、カソード３の電圧を−５０ｋＶ、アノード４の電圧を０ｋＶに設定し、中間電極２には、図６Ａでは−２０ｋＶ、図６Ｂでは−３０ｋＶ、図６Ｃでは−４０ｋＶの電圧を印加したとする。そうすると、カソード３と中間電極２との間の電圧差は、図６Ａでは３０ｋＶ、図６Ｂでは２０ｋＶ、図６Ｃでは１０ｋＶとなる。つまり、中間電極２に印加する電圧を、カソード３の電圧に近い値にするほど、カソード３と中間電極２の間の電位差は小さくなる。そして、電位差が小さいほど、カソード３と中間電極２との間の等電位線の密度は小さくなることから、フォトカソード３から射出した電子ビームＢは、図６Ａから図６Ｃの順に、中間電極２に向けて広がりやすくなる。更に、中間電極２にはドリフトスペースが形成されていることから、広がりやすい電子ビームＢは、ドリフトスペース内で更に広がる。
【００４８】
一方、カソード３とアノード４との電位差は一定であることから、中間電極２とアノード４との間の電位差は、カソード３と中間電極２との間の電位差とは逆になる。つまり、図６Ａから図６Ｃの順に、中間電極２とアノード４との間の電位差は大きくなることから、中間電極２とアノード４との間の等電位線の密度も大きくなる。更に、ドリフトスペースを出た後の電子ビームの幅は、図６Ａから図６Ｃの順に大きくなることから、中間電極２を出た電子ビームＢは、図６Ａと比較して図６Ｃに示す例の方が収束され易い。つまり、中間電極２とアノード４との間の電位差が大きいほど、焦点位置Ｆを短焦点側に移動することができる。以上のとおり、焦点位置調整の第１の実施形態では、カソード３、中間電極２、アノード４の配置を変更することなく、中間電極２に印加する電圧を変化させるだけで、焦点位置Ｆを調整できる。
【００４９】
（焦点位置調整の第２の実施形態）
図７は、焦点位置調整の第２の実施形態の概略を説明するための図である。図７では、カソード３とアノード４との間の電圧差および中間電極２に印加する電圧値を一定とし、カソード３とアノード４との間で、中間電極２を電子ビーム通過孔２１の中心軸方向に駆動する駆動部９を具備した例を示している。図７に示す例では、中間電極２にモータ９ａを固定し、モータ９ａの軸に固定したピニオンをラック９ｂに係合するラックアンドピニオン構造により、中間電極２を駆動する例を示しているが、中間電極２を中心軸方向に駆動することができれば駆動部９は特に制限はない。
【００５０】
図７に示す例では、カソード３とアノード４との間で中間電極２の位置を変えることで、カソード３と中間電極２の距離、中間電極２とアノード４との間の距離が変わる。一方、カソード３とアノード４の電位差、中間電極２に印加する電圧は一定であることから、中間電極２の位置を変更することで、カソード３と中間電極２との間の等電位線の密度、および、中間電極２とアノード４との間の等電位線の密度が変わる。より具体的には、カソード３と中間電極２の電位差は同じであるが、図７Ａから図７Ｃの順にカソード３と中間電極２との間の等電位線の密度が小さくなることから、電子ビームＢは広がりやすくなる。更に、中間電極２にはドリフトスペースが形成されていることから、広がりやすい電子ビームＢは、ドリフトスペース内で更に広がる。
【００５１】
一方、中間電極２とアノード４との間の等電位線の密度は、カソード３と中間電極２とは逆になる。つまり、図７Ａから図７Ｃの順に、中間電極２とアノード４との間の等電位線の密度は大きくなる。更に、ドリフトスペースを出た後の電子ビームの幅は、図７Ａから図７Ｃの順に大きくなることから、中間電極２を出た電子ビームＢは、図７Ａから図７Ｃの順に収束され易くなる。つまり、中間電極２とアノード４との間の距離が短いほど、焦点位置を短焦点側にできる。以上のとおり、焦点位置調整の第２の実施形態では、中間電極２の位置を中心軸方向に変化させることで、焦点位置を調整できる。
【００５２】
（焦点位置調整の第３の実施形態）
図８及び図９は、焦点位置調整の第３の実施形態の概略を説明するための図である。先ず、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、第３の実施形態で用いる中間電極２の概略を説明する。第３の実施形態の中間電極２は、中心軸方向の長さが可変となる機構を有している。図８Ａ及び図８Ｂに示す例では、中間電極２は、中間電極第１部分２ａと中間電極第２部分２ｂに分割されている。そして、中間電極第２部分２ｂが、第２の実施形態と同様のラックアンドピニオン構造により、中間電極第１部分１ａに対して摺動可能となっている。したがって、中間電極２の中心軸方向の長さを変えることができる。なお、図８に示す例は、単なる例示で、中間電極２の中心軸方向の長さを変えることがでれば、中心軸方向の長さが可変となる機構は特に制限はない。例えば、ラックアンドピニオン構造を構成するモータ９ａが、中間電極第１部分２ａに固定されていてもよい。また、中間電極第１部分１ａの外周面と中間電極第２部分２ｂの内周面が回転可能に係合するようにネジが切られ、中間電極第１部分１ａまたは中間電極第２部分２ｂの一方を電子銃１に固定し、中間電極第１部分１ａまたは中間電極第２部分２ｂの他方に回転方向の力を付与することで、中間電極第１部分１ａまたは中間電極第２部分２ｂが回転しながら伸縮するようにしてもよい。或いは、中間電極２を蛇腹状に形成し、中心軸方向に伸縮可能となるように形成してもよい。
【００５３】
なお、図８Ａおよび図８Ｂに示す例では、カソード３とアノード４との間の距離は固定である。したがって、中間電極２を伸長すると、中間電極２とアノード４との距離は短くなる。つまり、図８Ａおよび図８Ｂは、ドリフトスペースの長さ、および、中間電極２とアノード４との間の距離の調整、とを組み合わせた例を示している。代替的に、図示は省略するが、中間電極第２部分２ｂとアノード４とを、絶縁性材料等で接続してもよい。その場合、中間電極２とアノード４との間の距離が一定となることから、ドリフトスペースの長さの調整のみで、焦点位置を調整することになる。勿論、中間電極第２部分２ｂとアノード４との接続に代え、カソード３と中間電極第１部分２ａとを、絶縁性材料等で接続してもよい。
【００５４】
次に、図９を参照して、焦点位置調整の第３の実施形態について説明する。なお、図９Ａ乃至図９Ｃにおいては、説明を簡略化するため、中間電極２の細かい構造の記載は省略し、中間電極２の長さを変えた図で説明する。また、図９Ａ乃至図９Ｃでは、図示は省略するが、中間電極２とアノード４とを絶縁性材料で接続することで、中間電極２とアノード４との距離が一定となる場合の例を示している。つまり、中間電極２の長さで焦点位置を調整する例を示している。焦点位置調整の第３の実施形態では、カソード３とアノード４の電位差、中間電極２に印加する電圧は一定にしている。そのため、カソード３と中間電極２との間の等電位線の密度は同じであることから、図９Ａ乃至図９Ｃに示すように、ドリフトスペースに到達する際の電子ビームＢの幅（広がり具合）は同じである。一方、図９Ａから図９Ｃの順にドリフトスペースは長くなることから、電子ビームＢがドリフトスペースを通過中に、図９Ａから図９Ｃの順に電子ビームＢはドリフトスペース内で更に広がる。一方、中間電極２とアノード４との距離は一定であることから、中間電極２とアノード４との間の等電位線の密度は同じである。しかしながら、ドリフトスペースが図９Ａから図９Ｃの順に長くなることから、ドリフトスペースを出る時の電子ビームＢの幅は図９Ａから図９Ｃの順に大きくなり、その結果、図９Ｃから図９Ａの順に、ドリフトスペースを出た後の電子ビームＢを中心軸方向に絞る力が大きくなる。したがって、中間電極２を出た電子ビームＢは、図９Ｃほど収束され易くなる。つまり、中間電極２のドリフトスペースの距離を長くするほど、焦点位置Ｆを短焦点側に移動することができる。以上のとおり、焦点位置調整の第３の実施形態では、中間電極２の長さを中心軸方向に変化させ、ドリフトスペースの長さを調整することで、焦点位置Ｆを調整できる。
【００５５】
（焦点位置調整の第４の実施形態）
図１０は、焦点位置調整の第４の実施形態の概略を説明するための図である。焦点位置調整の第４の実施形態では、アノード４を中心軸方向に移動することで、中間電極２とアノード４との距離を調整する例を示している。なお、図示は省略するが、アノード４の中心軸方向への移動は、アノード４が移動できれば特に制限はなく、図８に示すような駆動部を用いればよい。図１０Ａ乃至図１０Ｃに示す例では、カソード３とアノード４の電位差、中間電極２の長さ、および、中間電極２に印加する電圧は一定にしている。そのため、カソード３と中間電極２との間の等電位線の密度、および、ドリフトスペースの長さは同じであることから、図１０Ａ乃至図１０Ｃに示すように、ドリフトスペースを出るまでの電子ビームＢの幅（広がり具合）は同じである。
【００５６】
一方、中間電極２とアノード４との距離は、図１０Ａから図１０Ｃの順に大きくなることから、中間電極２とアノード４との間の等電位線の密度は、図１０Ａから図１０Ｃに準に小さくなる。したがって、ドリフトスペースを出るまでの電子ビームの幅は、図１０Ａから図１０Ｃで同じであるが、電子ビームＢを中心軸方向に収束する力は、図１０Ａから図１０Ｃの順に弱くなる。つまり、中間電極２とアノード４との間の距離が長くなるほど、焦点位置Ｆを長短焦点側にできる。以上のとおり、焦点位置調整の第４の実施形態では、アノード４の位置を中心軸方向に変化させることで、焦点位置Ｆを調整できる。
【００５７】
（焦点位置調整の第５の実施形態）
図１１は、焦点位置調整の第５の実施形態の概略を説明するための図である。焦点位置調整の第５の実施形態では、第４の実施形態のアノード４に代え、カソード３を中心軸方向に移動することで、カソード３と中間電極２との距離を調整する例を示している。なお、図示は省略するが、カソード３の中心軸方向への移動は、カソード３が移動できれば特に制限はないが、図８に示すような駆動部を用いればよい。図１１Ａ乃至図１１Ｃに示す例では、カソード３とアノード４の電位差、中間電極２の長さ、および、中間電極２に印加する電圧は一定にしている。そのため、カソード３と中間電極２の電位差は同じであるが、図１１Ａから図１１Ｃの順にカソード３と中間電極２との間の等電位線の密度が大きくなることから、電子ビームが中間電極２のドリフトスペースに入る時の幅は、図１１Ａから図１１Ｃの順に小さくなる。したがって、ドリフトスペースから出る際の電子ビームＢの幅も、図１１Ａから図１１Ｃの順に小さくなる。
【００５８】
一方、中間電極２とアノード４との距離は一定であることから、中間電極２とアノード４との間の等電位線の密度は同じである。しかしながら、ドリフトスペースを出る時の電子ビームＢの幅は、図１１Ｃから図１１Ａの順に大きくなり、その結果、図１１Ｃから図１１Ａの順に、ドリフトスペースを出た後の電子ビームＢを中心軸方向に絞る力が大きくなる。したがって、中間電極２を出た電子ビームＢは、図１１Ａほど収束され易くなる。つまり、カソード３と中間電極２と間の距離を短くするほど、焦点位置Ｆを長短焦点側にできる。以上のとおり、焦点位置調整の第５の実施形態では、カソード３の位置を中心軸方向に変化させることで、焦点位置Ｆを調整できる。
【００５９】
なお、焦点位置調整の第１乃至第５の実施形態は、それぞれ、単独で実施されてもよいし、第１の実施形態乃至第５の実施形態を組合わせて実施してもよい。
【００６０】
（電子ビームの射出方法の実施形態）
図１２を参照して、電子ビームの射出方法の実施形態について説明する。射出方法の実施形態は、電子ビーム射出工程（ＳＴ１）、ドリフトスペース通過工程（ＳＴ２）、電子ビーム収束工程（ＳＴ３）を少なくとも含んでいる。電子ビーム射出工程（ＳＴ１）では、光源から励起光をフォトカソードに照射することで、フォトカソードからアノードに向けて電子ビームを射出する。ドリフトスペース通過工程（ＳＴ２）では、フォトカソードから射出した電子ビームが、カソードとアノードとの間に配置した中間電極２の電子ビーム通過孔に形成されたドリフトスペースを通過する。ドリフトスペースは、電圧の印加によりカソードとアノードとの間に形成された電界の影響を無視できることから、電子ビームはドリフトスペース内で広がる。そして、電子ビーム収束工程（ＳＴ３）では、ドリフトスペース通過後の電子ビームがアノードに向けて収束し、その結果、相手側装置で焦点を結ぶことができる。
【００６１】
（電子ビームの焦点位置調整方法の実施形態）
上記のとおり、電子ビームをドリフトスペース内で広げるドリフトスペース通過工程（ＳＴ２）は、本発明者が見出した新規の工程であることから、当該工程を含む電子ビームの射出方法は新規の方法である。そして、当該新規の電子ビームの射出方法に加え、電子ビームの幅を積極的に調整する、電子ビーム幅調整工程を追加することで、電子ビームの射出方法を、電子ビームの焦点位置調整方法として用いることができる。電子ビーム幅調整工程は、電子ビーム射出工程（ＳＴ１）から電子ビーム収束工程（ＳＴ３）の間で実施されれば、任意の工程間及び／又は行程中に実施すればよい。
【００６２】
例えば、電子ビーム射出工程（ＳＴ１）とドリフトスペース通過工程（ＳＴ２）との間で電子ビーム幅調整工程を実施する場合は、カソードと中間電極との間の電位差及び／又は距離を変更する工程を実施すればよい。当該工程により、カソードと中間電極との間の等電位線の密度が変わることから、電子ビームの幅を調整できる（以下、「第１電子ビーム幅調整工程」と記載する）。
【００６３】
また、ドリフトスペース通過工程（ＳＴ２）中に電子ビーム幅調整工程を実施する場合は、中間電極２の長さを変更する工程を実施すればよい。当該工程により、電界の影響を無視できるドリフトスペースの長さが変わることから、ドリフトスペースの長さを調整することで、電子ビームの幅を調整できる（以下、「第２電子ビーム幅調整工程」と記載する）。
【００６４】
また、電子ビーム収束工程（ＳＴ３）中に電子ビーム幅調整工程を実施する場合は、中間電極とアノードとの間の電位差及び／又は距離を変更する工程を実施すればよい。当該工程により、中間電極とアノードとの間の等電位線の密度が変わることから、電子ビームの幅を調整できる（以下、「第３電子ビーム幅調整工程」と記載する）。
【００６５】
第１電子ビーム幅調整工程、第２電子ビーム幅調整工程、および、第３電子ビーム幅調整工程は、単独で実施されてもよいし、組み合わせて実施してもよい。
【００６６】
電子銃を搭載する電子線適用装置Ｅは、電子銃を搭載する公知の装置が挙げられる。例えば、自由電子レーザー加速器、電子顕微鏡、電子線ホログラフィー装置、電子線描画装置、電子線回折装置、電子線検査装置、電子線金属積層造形装置、電子線リソグラフィー装置、電子線加工装置、電子線硬化装置、電子線滅菌装置、電子線殺菌装置、プラズマ発生装置、原子状元素発生装置、スピン偏極電子線発生装置、カソードルミネッセンス装置、逆光電子分光装置等が挙げられる。
【００６７】
以下に実施例を掲げ、本出願で開示する実施形態を具体的に説明するが、この実施例は単に実施形態の説明のためのものである。本出願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。
【実施例】
【００６８】
＜実施例１＞
図１３を参照して、実施例１について説明する。図１３Ａは、実施例１の条件を示すための図で、カソード３に印加する電圧は−５０ｋＶ、アノード４の電圧は０ｋＶ、カソード３と中間電極２との間隔は２ｍｍ、中間電極２の長さは４０ｍｍ、電子ビーム通過孔は直径４ｍｍの円筒状、中間電極２とアノード４との間隔は８ｍｍの固定値とし、中間電極２に印加する電圧のみ可変値として、シミュレーションを行った。図１３Ｂはシミュレーション結果を示す図である。図１３Ｂの縦軸が電子ビームの直径、横軸がフォトカソード３からの距離で、図１３Ｂ中の矢印がアノード４の位置となり、矢印より右側が相手側装置内で電子ビームが焦点を結ぶ位置を表す。図１３Ｂに示すように、中間電極２に印加する電圧値以外の条件が同じ場合、中間電極２に印加する電圧値がカソード３の電圧値に近いほど焦点位置が短焦点側に移動し、中間電極２に印加する電圧値がカソード３の電圧値から離れるほど焦点位置が長焦点側に移動した。したがって、中間電極２に印加する電圧を調整すること、換言すると、カソード３と中間電極２との間の等電位線の密度を調整（第１電子ビーム幅調整工程）、および、中間電極２とアノード４との間の等電位線の密度を調整（第３電子ビーム幅調整工程）することで、焦点位置を短焦点側と長焦点側の何れの方向にでも調整ができることを確認した。
【００６９】
＜実施例２＞
図１４を参照して、実施例２について説明する。図１４Ａは、実施例２の条件を示すための図で、カソード３に印加する電圧は−５０ｋＶ、アノード４の電圧は０ｋＶ、中間電極２の長さは２５ｍｍ、電子ビーム通過孔は直径４ｍｍの円筒状、中間電極２に印加する電圧は−３８ｋＶの固定値とし、フォトカソード３と中間電極との間隔はｄｍｍ、中間電極２とアノード４との間隔は１５−ｄｍｍの可変値として、シミュレーションを行った。図１４Ｂはシミュレーション結果を示す図である。図１４Ｂの縦軸が電子ビームの直径、横軸がカソード３からの距離で、図１４Ｂ中の矢印がアノード４の位置となり、矢印より右側が相手側装置内で電子ビームが焦点を結ぶ位置を表す。図１４Ｂに示すように、中間電極２の位置以外の条件が同じ場合、カソード３と中間電極２との間隔が広いほど焦点位置が短焦点側に移動し、カソード３と中間電極２との間隔が狭いほど焦点位置が長焦点側に移動した。したがって、カソード３とアノード４との間で中間電極２の位置を調整すること、換言すると、カソード３と中間電極２との間の等電位線の密度を調整（第１電子ビーム幅調整工程）、および、中間電極２とアノード４との間の等電位線の密度を調整（第３電子ビーム幅調整工程）することで、焦点位置を短焦点側と長焦点側の何れの方向にでも調整ができることを確認した。
【００７０】
＜実施例３＞
図１５を参照して、実施例３について説明する。図１５Ａは、実施例３の条件を示すための図で、カソード３に印加する電圧は−５０ｋＶ、アノード４の電圧は０ｋＶ、カソード３と中間電極２との距離は２ｍｍ、中間電極２とアノード４との距離は８ｍｍ、電子ビーム通過孔は直径４ｍｍの円筒状、中間電極２に印加する電圧は−３８ｋＶの固定値とし、中間電極２の長さを２５ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍの可変値として、シミュレーションを行った。図１５Ｂはシミュレーション結果を示す図である。図１５Ｂの縦軸が電子ビームの直径、横軸がカソード３からの距離で、図１５Ｂ中の矢印がアノード４の位置となり、矢印より右側が相手側装置内で電子ビームが焦点を結ぶ位置を表す。図１５Ｂに示すように、中間電極２の長さ以外の条件が同じ場合、中間電極２の長さが短いほど焦点位置が長焦点側に移動し、中間電極２の長さが長いほど焦点位置が短焦点側に移動した。したがって、中間電極２の長さ調整すること、換言すると、電界の影響を無視できるドリフトスペースの長さを調整（第２電子ビーム幅調整工程）することで、焦点位置を短焦点側と長焦点側の何れの方向にでも調整ができることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本明細書で開示する電子銃、電子線適用装置、および、電子銃による電子射出方法を用いると、電子銃を相手側装置に搭載した後であっても、電子ビームの焦点位置を、短焦点側および長焦点側の何れの方向にも調整できる。したがって、電子銃を搭載した装置を製造する業者、当該装置または入射軸合わせ方法を用いる業者にとって有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１…電子銃、２…中間電極、２ａ…中間電極第１部分、２ｂ…中間電極第２部分、３…フォトカソード、４…アノード、５…フォトカソード収納容器、５ｈ…電子ビーム通過孔、５ｍ…処理材料、６…電源、６ａ…第１電源、６ｂ…第２電源、７…光源、８ａ…第１抵抗、８ｂ…第２抵抗、９…駆動部、９ａ…モータ、９ｂ…ラック、２１…電子ビーム通過孔、２２…電子ビームの入口、２３…電子ビームの出口、２４…ドリフトスペース、７１…、Ｂ…電子ビーム、ＣＢ…真空チャンバー、Ｄ…電子ビーム通過孔の中心軸方向の長さ、Ｅ…電子線適用装置、ＥＦ…電界、ＥＬ…等電位線、ＥＬＶ…等電位線に対する法線方向の力、Ｆ…焦点、Ｌ…励起光、ａ…電子ビームの入口の直径、ｂ…電子ビームの出口の直径、
【図１】
2020064729.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020064729.tif 000016
【図１５】
2020064729.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月4日(2018.12.4)
【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】
フォトカソードと、
アノードと、
を含む電子銃であって、
前記電子銃は、
前記フォトカソードと前記アノードとの間に配置する中間電極
を更に含み、
前記中間電極は、
前記フォトカソードから射出した電子ビームが通過する電子ビーム通過孔を有し、
前記電子ビーム通過孔には、電圧の印加により前記フォトカソードと前記アノードとの間に電界が形成された際に、前記電界の影響を無視でき、且つ、通過する電子ビームの幅を広くするためのドリフトスペースが形成されている
電子銃。
【請求項２】
前記中間電極は、
前記電子ビーム通過孔の中心軸方向の長さをＤ、
前記電子ビーム通過孔の電子ビームの入口の断面長をａ、
前記電子ビーム通過孔の電子ビームの出口の断面長をｂ、
と規定した際に、
Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）が１より大きい関係を有する
請求項１に記載の電子銃。
【請求項３】
前記中間電極を、前記フォトカソードと前記アノードとの間で、前記電子ビーム通過孔の中心軸方向に駆動するための駆動部を含む
請求項１または２に記載の電子銃。
【請求項４】
前記中間電極の前記電子ビーム通過孔の中心軸方向の長さＤが可変である
請求項１〜３の何れか一項に記載の電子銃。
【請求項５】
前記フォトカソードと前記アノードとの間に電界を形成し、前記中間電極に電圧を印加する電源を含む、
請求項１〜４の何れか一項に記載の電子銃。
【請求項６】
前記フォトカソードの電圧を第１電圧、前記アノードの電圧を第２電圧と規定した際に、
前記電源は、前記第１電圧より相対的にプラスで、前記第２電圧より相対的にマイナスの範囲内で前記中間電極に電圧を印加できる
請求項５に記載の電子銃。
【請求項７】
前記フォトカソード、及び／又は、前記アノードを、前記電子ビーム通過孔の中心軸方向に駆動するための駆動部を含む
請求項１〜６の何れか一項に記載の電子銃。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子銃を含む電子線適用装置であって、
前記電子線適用装
置は、
自由電子レーザー加速器、
電子顕微鏡、
電子線ホログラフィー装置、
電子線描画装置、
電子線回折装置、
電子線検査装置、
電子線金属積層造形装置、
電子線リソグラフィー装置、
電子線加工装置、
電子線硬化装置、
電子線滅菌装置、
電子線殺菌装置、
プラズマ発生装置、
原子状元素発生装置、
スピン偏極電子線発生装置、
カソードルミネッセンス装置、または、
逆光電子分光装置
である
電子線適用装置。
【請求項９】
電子銃による電子ビームの射出方法であって、
前記射出方法は、
フォトカソードからアノードに向けて電子ビームを射出する電子ビーム射出工程、
前記フォトカソードから射出した電子ビームが、中間電極の電子ビーム通過孔に形成され、電圧の印加により前記カソードと前記アノードとの間に形成された電界の影響を無視でき、且つ、通過する電子ビームの幅を広くするためのドリフトスペースを通過するドリフトスペース通過工程、
前記ドリフトスペース通過工程後の電子ビームが、前記アノードに向けて収束する電子ビーム収束工程、
を含む
電子銃による電子ビームの射出方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子銃による電子ビームの射出方法の電子ビーム射出工程（ＳＴ１）から電子ビーム収束工程（ＳＴ３）の間において、
電子ビーム幅調整工程を含む、
電子ビームの焦点位置調整方法。