(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源と、前記荷電粒子源から荷電粒子を引出す引出電極と、前記引出電極により引出された荷電粒子が照射される試料を保持する試料保持手段と、引出された前記荷電粒子を前記試料保持手段に保持された試料に照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子源が配置された第１の真空室を排気する第１の排気手段と、前記第１の真空室に接続された第２の真空室を排気する、前記第１の排気手段とは独立した第２の排気手段とを有する荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子源を取り囲むように配置され、前記引出電極からの反射荷電粒子の進行を遮蔽する、メッシュ構造の遮蔽電極を更に有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記遮蔽電極は、前記荷電粒子源の先端と前記引出電極までの最短距離よりも離れて配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記遮蔽電極へ電圧を印加する電源は、前記荷電粒子源へ電圧を印加する電源と共通であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記遮蔽電極へ電圧を印加する電源は、前記引出電極へ電圧を印加する電源と共通であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記遮蔽電極の上方へ、前記反射荷電粒子を押さえ込む迎え電極を更に有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子源先端に熱又は電界を与える指向性エネルギー源を更に有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項６記載の荷電粒子線装置において、
前記指向性エネルギー源は、半導体レーザであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記遮蔽電極を加熱する手段を更に有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
荷電粒子源と、前記荷電粒子源から荷電粒子を引出す引出電極と、前記引出電極により引出された荷電粒子が照射される試料を保持する試料保持手段と、引出された前記荷電粒子を前記試料保持手段に保持された試料に照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子源が配置された第１の真空室を排気する第１の排気手段と、前記第１の真空室に接続された第２の真空室を排気する、前記第１の排気手段とは独立した第２の排気手段とを有する荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子源を取り囲むように配置され、前記引出電極からの反射荷電粒子の進行を
遮蔽する、筒構造の遮蔽電極を更に有し、
前記筒構造の遮蔽電極の筒側面には少なくとも１つ以上の開口部が設けられ、
前記遮蔽電極、前記荷電粒子源、及び前記引出電極へそれぞれ独立して電圧を印加する
ことのできる電源が設置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項９記載の荷電粒子線装置において、
前記遮蔽電極は、入れ子状に複数配置され、
それぞれの遮蔽電極に設けられた開口部は、前記反射荷電粒子の軌跡に応じて重ならないように互いにずらした位置に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
荷電粒子源と、前記荷電粒子源から荷電粒子を引出す引出電極と、前記引出電極により引出された荷電粒子が照射される試料を保持する試料保持手段と、引出された前記荷電粒子を前記試料保持手段に保持された試料に照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子源が配置された第１の真空室を排気する第１の排気手段と、前記第１の真空室に接続された第２の真空室を排気する、前記第１の排気手段とは独立した第２の排気手段とを有する荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子源を取り囲むように配置され、前記引出電極からの反射荷電粒子の進行を遮蔽する、筒構造の遮蔽電極を更に有し、
前記筒構造の遮蔽電極の筒側面には前記筒の外側に向かう突起を備えている少なくとも１つ以上の開口部が設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡や描画装置等などの荷電粒子発生源を有する荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡や走査電子顕微鏡、または電子線描画装置などの荷電粒子線装置は、電子線を得るために電子銃が用いられる。電子銃には電界放出電子銃やショットキーエミッション電子銃などがあり、いずれも先端を鋭く尖らせた電子源に対して、それに対向させた引出電極に正の高電圧（引出電圧）を印加することで、電子源先端に電界を集中させ、電子線を放出させる。電子銃の構成に関しては、例えば特許文献１〜３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５５−１０６２号公報
【特許文献２】特開昭４７−２４７５６号公報
【特許文献３】特開平９−１７３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子線の電流（エミッション電流）量の安定性には、電子銃の真空度が大きく影響する。真空中にはガス分子がわずかに残留しており、これらが電子源の表面に吸着、または化学反応をすると、電子源表面の物性が変わって放出する電流量が大きく変化する。このためエミッション電流を安定させるには、真空度を向上（圧力を低減）して残留ガスを減らし、電子源表面での吸着や化学反応を減らす必要がある。通常、電子銃内の圧力は１０−７（以下、１０Ｅ−７と記載）Ｐａ以下にされ、高い真空度（低い圧力）に維持される。【０００５】
特に電界放出電子銃では真空度の影響が顕著となる。電界放出電子源の温度は常温以下であるため、時間とともに電子源表面に残留ガスが吸着して徐々に覆われる。このため、エミッション電流は長期間にわたって減衰する。また、吸着ガス量が増えると電流の変動（ノイズ）が大きくなるため、電子源表面を定期的に清浄化し、吸着ガスを取除く必要がある。清浄化の方法としては、電子源を約２０００℃まで加熱し、吸着ガスを熱脱離させるフラッシングや、電子源に正の高電圧を印加し吸着ガスをイオン化する電界蒸発などがある。以上の原理から、電界放出電子銃は真空度が高いほど表面へのガスの吸着頻度が減り、安定なエミッション電流が得られる。また、フラッシングなどの清浄化の操作の頻度が低減でき、利便性が増す。【０００６】
電子銃内を１０Ｅ−７Ｐａ以下の超高真空に保つためには、超高真空用の真空ポンプで電子銃を排気するとともに、引出電極や他の部材に放出電子が衝突して発生する電子衝撃脱離（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＥＳＤ）ガスを減らすことが必要である。【０００７】
図１は電子銃内でＥＳＤガスが発生する仕組みを説明する図である。この電子銃は、電子源１が支持部２と碍子３に保持されて、真空容器４の内部に配置される。真空容器４はイオンポンプ５で排気され、１０Ｅ−７Ｐａ以下の超高真空が維持される。【０００８】
電子源１と、それに対向して配置した引出電極６と、真空容器４はそれぞれ電気的に絶縁されており、真空容器４はグランドに接続され、電子源１と引出電極６には任意の電圧を印加できる。電子源１に対して引出電極６に正の引出電圧を印加すると、電子源１の先端に電界が集中し、電子線７が引出電極に向かって放射状に放出する。引出電極６の中心部にはアパーチャ８が設けられており、電子線７の中心部はアパーチャ８から下方の第２真空室９へ通り抜ける。この下方へ通り抜けた中心部分の電子をプローブ電流１０と呼び、荷電粒子線装置ではこのプローブ電流１０を目的に応じてさらに選別、加速、集束などして用いる。【０００９】
電子線７のうち、アパーチャ８を通り抜けない周辺部の電子は引出電極６に衝突する。この衝突した電子は引出電極６の表面に吸着したガスや電極表層中のガスを叩きだす。この叩きだされて真空中に放出するガスをＥＳＤガス１１と呼ぶ。電子線を照射すると、このＥＳＤガス１１が発生し、電子銃の真空度は悪化する。【００１０】
引出電極６上に照射された電子線７のうち一定割合の電子は、電極表面または表層の浅い領域の原子に反射され、ランダムな方向で上方へと跳ね返る。この電子を反射電子１２と呼ぶ。反射電子１２の電子一つ一つがもつエネルギーはそれぞれ異なる。少数の反射電子は弾性衝突によって反射し、入射時と同じ高いエネルギーをもつ。一方、大多数の反射電子は非弾性衝突で反射し、エネルギーを奪われて入射時よりも低いエネルギーをもつ。【００１１】
電子源１と支持部２は引出電極６に対して低い電位をもつことから、これらに近づく反射電子には斥力が働く。よって入射時と同じエネルギーをもつ反射電子のみが再度、電子源１または支持部２に衝突する。しかし、ほとんどの反射電子は入射時よりもエネルギーが低いので、電子源１や支持部２に衝突することはなく、これらから斥力を受けることで軌道を曲げて上方や側方へ進み、真空容器４の壁面方向へ向かう。【００１２】
反射電子１２が真空容器４の壁面、または電子銃内の他の部材に衝突すると、ここでもＥＳＤガス１１’が発生する。さらに、衝突した反射電子１２の一定数はまた反射し、電子銃内に散乱する。このように発生した２次、３次の反射電子は電子銃内の広い範囲に広がり、ＥＳＤガスをさらに発生させる。これらの過程で発生したＥＳＤガスによって電子銃の真空度はさらに悪化する。また反射電子が碍子３などに衝突すると、チャージアップによって真空容器４と電子源１の間などで放電が起こり、電子源１を溶損させる原因にもなる。【００１３】
引出電極６から発生するＥＳＤガス１１を低減する方法として、例えば特許文献１に記載されているように、引出電極６をヒーター１３などの加熱手段で加熱する昇温脱ガス法がある。真空中の引出電極６を加熱すると、引出電極６表面の吸着ガスや表層内部のガスが熱脱離する。その後常温に戻してもガスは既に脱離していることから、電子線７を引出電極６に照射してもＥＳＤガスの発生量は少なくなる。通常この昇温脱ガス法をあらかじめ引出電極に行っておくことで、引出電極６から発生するＥＳＤガス量を最小限にする。【００１４】
その他のＥＳＤガスの低減方法として、例えば特許文献２に記載されているように、あらかじめ多量の電子を引出電極に衝突させる電子衝撃法などがある。この方法は、電子源１、または新たなに設けた電子源から多量の電子を放出し、真空中の引出電極表面に衝突させることで、吸着ガスや表層のガスを叩きだし脱離させる。その後、通常の電子線７を引出電極６に照射しても、表面のガスが既に脱離しているのでＥＳＤガスの発生量が少なくなる。昇温脱ガス法と同様に、あらかじめ電子衝撃法を引出電極に行うことで発生するＥＳＤガスを最小限にできる。【００１５】
しかしながら、特許文献１の昇温脱ガス法や特許文献２の電子衝撃法を真空容器４の壁面や電子銃内の部材全てに行うことはできず、反射電子が発生させるＥＳＤガス１１’を低減することは難しい。【００１６】
特許文献１にはカップ形状の引出電極を用いる構成が開示されている。図２にこのカップ状引出電極を用いた場合の電界分布を等電位線で説明したものを示す。ここで電界分布は中心軸に対して対称であるので、簡単のために半面に関してのみ示した。電子源１ならびに支持部２と、カップ型引出電極１４の電位によって電界分布は点線で示した等電位線１５のようになる。反射電子１２は上方に進む際、電界分布によってこの当電位線１５に対して垂直方向で、電子源１と支持部２から遠ざかる方向に力を受ける。この力で反射電子１２の進行方向は曲げられ、カップ型電極１４の側面に衝突する。カップ型電極１４はあらかじめ昇温脱ガス法などで行っているので、反射電子１２の衝突によって生じるＥＳＤガスは少ない。カップ型引出電極の深さを深くするほど、多くの反射電子が側面に衝突することになり、カップを抜けて上方へ向かう反射電子数は少なくなる。この方法で真空容器４や電子銃内のその他の部材に衝突する反射電子の数は少なくなり、電子銃内全体でＥＳＤガスの発生量を低減することができる。【００１７】
また、特許文献３には電子源全体を引出電極で覆う構成が開示されている。この方法では反射電子は引出電極で覆われた内側の空間から外部に出にくくなり、真空容器壁面や他の部材に反射電子が衝突することを少なくできる。【００１８】
特許文献１に記載のカップ型電極や、特許文献３に記載の電子源を引出電極で覆う構造を用いることで、電子銃内に反射電子が広がり、真空容器壁面や銃内のその他の部材に衝突してＥＳＤガスを発生させるのを防ぐことができる。しかしながら、電子源まわりの真空排気の経路は狭くなり、コンダクタンスが低下する。このため、電子源周辺で得られる真空度に限界が生じ、より安定したエミッション電流を得ることが困難である。また、真空排気がしづらく、電子源まわりの真空度が一度悪化すると回復に時間がかかり、エミッション電流の安定性を損なう。また、特許文献３の構造でもコンダクタンスは低下し、また電子源と引出電極との距離が小さいため、それらを隔てる金属ホルダやエミッタベースのわずかな汚染でもそれらの間で放電が起こり、電子源を破損させる恐れがある。【００１９】
本発明の目的は、反射荷電粒子の進行を遮蔽し、かつ荷電粒子源まわりの排気経路を十分に確保することで、荷電粒子源まわりの真空度を向上し、安定したエミッション電流が得られる荷電粒子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するための一形態として、荷電粒子源と、前記荷電粒子源から荷電粒子を引出す引出電極と、前記引出電極により引出された荷電粒子が照射される試料を保持する試料保持手段と、引出された前記荷電粒子を前記試料保持手段に保持された試料に照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子源が配置された第１の真空室を排気する第１の排気手段と、前記第１の真空室に接続された第２の真空室を排気する、前記第１の排気手段とは独立した第２の排気手段とを有する荷電粒子線装置において、前記荷電粒子源を取り囲むように配置され、前記引出電極からの反射荷電粒子の進行を遮蔽する、筒構造の遮蔽電極を更に有し、前記筒構造の遮蔽電極の筒上端及び下端は前記第１の真空室内に開放されていることを特徴とする荷電粒子線装置とする。【００２１】
また、荷電粒子源と、前記荷電粒子源から荷電粒子を引出す引出電極と、前記引出電極により引出された荷電粒子が照射される試料を保持する試料保持手段と、引出された前記荷電粒子を前記試料保持手段に保持された試料に照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子源が配置された第１の真空室を排気する第１の排気手段と、前記第１の真空室に接続された第２の真空室を排気する、前記第１の排気手段とは独立した第２の排気手段とを有する荷電粒子線装置において、前記荷電粒子源を取り囲むように配置され、前記引出電極からの反射荷電粒子の進行を遮蔽する、筒構造の遮蔽電極を更に有し、前記筒構造の遮蔽電極の筒側面には少なくとも１つ以上の開口部が設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置とする。
【発明の効果】
【００２２】
反射荷電粒子の進行を遮蔽し、かつ荷電粒子源まわりの排気経路を十分に確保することで、荷電粒子源まわりの真空度を向上し、安定したエミッション電流が得られる荷電粒子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】反射電子によって電子衝撃脱離ガスが発生する仕組みを説明するための電子銃の概略側面図である。
【図２】カップ型引出電極を有する電子銃における電界分布を説明するための電子銃の側面図である。
【図３】第１の実施例に係る電子銃の構成図である。
【図４】第１の実施例の引出電極に突起部を備えた変形例を示す図である。
【図５】第１の実施例の引出電極を凸型にした変形礼を示す図である。
【図６】第１の実施例で遮蔽電極の電位を電子源の電位未満にした場合の電界分布を説明した図である。
【図７】第１の実施例で遮蔽電極の電位を電子源の電位以上、かつ引出電極の電位未満にした場合の電界分布を説明した図である。
【図８】第１の実施例で遮蔽電極の電位を引出電極の電位以上にした場合の電界分布を説明した図である。
【図９】第１の実施例で真空排気のコンダクタンスを高めた電子銃の構成図である。
【図１０】第１の実施例に係る走査電子顕微鏡の構成図である。
【図１１】第２の実施例に係る電子銃の構成図である。
【図１２】第１の実施例で遮蔽電極の電位を電子源の電位以上、かつ引出電極の電位未満にした場合の電界分布を説明した図である。
【図１３】第２の実施例で遮蔽電極の電位を電子源の電位未満にした場合の電界分布を説明した図である。
【図１４】第２の実施例で遮蔽電極の電位を電子源の電位以上、かつ引出電極の電位未満にした場合の電界分布を説明した図である。
【図１５】第２の実施例で遮蔽電極の電位を引出電極の電位以上にした場合の電界分布を説明した図である。
【図１６】第３の実施例に係る電子銃の構成図である。
【図１７】第３の実施例で遮蔽電極の電位を電子源の電位未満にした場合の電界分布を説明した図である。
【図１８】第３の実施例で遮蔽電極の電位を電子源の電位以上、かつ引出電極の電位未満にした場合の電界分布を説明した図である。
【図１９】第３の実施例の遮蔽電極に突起部を設けた変形例を示す図である。
【図２０】第３の実施例の遮蔽電極を多重にする変形例を示す図である。
【図２１】第３の実施例の遮蔽電極にテーパをつけた変形例を示す図である。
【図２２】第３の実施例で遮蔽電極の電位を引出電極の電位以上にした場合の電界分布を説明した図である。
【図２３】第３の実施例の遮蔽電極をメッシュ状にする変形例を示す図である。
【図２４】第３の実施例の遮蔽電極をメッシュ状にした電子銃を示す図である。
【図２５】第４の実施例に係る電子銃の構成図である。
【図２６】第４の実施例での電界分布を説明した図である。
【図２７】第５の実施例に係る電子銃の構成図である。
【図２８】第５の実施例での電界分布を説明した図である。
【図２９】第５の実施例の遮蔽電極の変形例を説明した図である。
【図３０】第６の実施例に係る電子銃の構成図である。
【図３１】第１の実施例に係る電子銃の上面図及び側面図である。
【図３２】第１の実施例に係る筒状遮蔽電極の斜視図である。
【図３３】第１の実施例に係る走査電子顕微鏡のエミッション電流の時間変化を示す図である。
【図３４】第１の実施例に係る他の筒状遮蔽電極の斜視図である。
【図３５】第１の実施例に係る他の筒状遮蔽電極の斜視図である。
【図３６】第２の実施例に係る筒形状の遮蔽電極の斜視図である。
【図３７】第２の実施例に係る他の筒形状の遮蔽電極の斜視図である。
【図３８】第２の実施例に係る他の筒形状の遮蔽電極の斜視図である。
【図３９】第３の実施例に係る筒形状の遮蔽電極の斜視図である。
【図４０】第３の実施例に係る電子銃で非蒸発ゲッターポンプを備えた構成図である。
【図４１】第１の実施例の引出電極を凹型にした変形例を示す図である。
【図４２】第４の実施例の遮蔽電極の変形例を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本実施の形態において、反射荷電粒子が荷電粒子銃内に広がるのを防ぐために遮蔽電極を設けた。また、荷電粒子源まわりの排気経路を十分に確保するために、（１）上部及び下部が開放された筒構造、又は（２）側面に開口部を有する筒構造、又は（１）と（２）を含む構造を有する遮蔽電極を用いた。
【００２５】
これにより、荷電粒子源まわりの真空度を向上し、安定したエミッション電流が得られる荷電粒子銃を有する荷電粒子線装置を提供することができる。
【００２６】
ここで、筒構造とは、中空になっている構造を指す。筒の軸方向に垂直な面で切った断面形状は円形だけでなく、多角形も含む（図３６、図３７）。また、筒の長さは筒の直径よりも小さい場合を含む（図３２、図３４）。側面に設けた開口部は、筒の軸方向の長さと同じ場合を含む（図３５、図３８）。また、筒側面がその中心軸に対して傾きを持つ場合を含む（図２１）。
【００２７】
以下、実施例により説明する。
【実施例１】
【００２８】
第１の実施例について、図３〜図１０、図３１〜図３５を用いて説明する。【００２９】
図３は、本実施例に係る荷電粒子線装置に用いる電界放出電子銃を示したものである。図３１は電子銃の断面を上方からみた正面図および側面図である。電子源１には＜３１０＞や＜１１１＞などの結晶方位をもち、先端直径５０ｎｍから３００ｎｍまで先鋭化したタングステンの電界放出電子源を用いる。その他に先鋭化した六硼化ランタン（ＬａＢ６）やカーボンナノチューブなどの電界放出電子源を用いてもよい。電子源１は支持部２と碍子３で保持して真空容器４内に配置する。真空容器４はグランド電位に接続する。【００３０】
電子源１から約１０ｍｍ離した位置に引出電極６を対向させて配置する。この引出電極６によって真空容器４は、電子源１が配置された第１真空室１６と下方の第２真空室９に隔てられており、引出電極６の中央に設けられたアパーチャ８のみを介して接続される。それぞれの真空室は配管を経由してイオンポンプ５と、イオンポンプ１７で独立に排気され差動排気になっており、真空度の高い第１真空室１６の圧力は１０Ｅ−７Ｐａ以下の超高真空を維持する。ここで、イオンポンプ５やイオンポンプ１７は、イオンポンプ以外の真空ポンプ、例えば非蒸発ゲッターポンプやチタンサブリメーションポンプなどでもよく、イオンポンプと併用して排気してもよい。また、電子源と引出電極の間隔はその他の距離でもよく、典型的には１〜５０ｍｍである。【００３１】
電子源１は真空容器４とは絶縁された端子１８と端子１８’とに電気的に接続し、加速電源１９を用いて、グランド電位に対して加速電圧Ｖ０を印加する。Ｖ０の値は荷電粒子線装置が必要な電子線の速度によって変わり、典型的にはＶ０＝０〜―３０ｋＶである。【００３２】
引出電極６は真空容器４とは絶縁された端子２０に電気的に接続し、引出電源２１を用いて引出電圧Ｖ１を印加する。端子２０の位置は任意であり、真空容器４の上部や、碍子３の上部、第２真空室９の側面などに配置してもよい。Ｖ１の値は電子源先端の直径と必要なエミッション電流量で決まり、典型的には電子源１に対してＶ１＝＋１〜７ｋＶを印加する。Ｖ１を印加すると電子源１の先端に電界が集中して電子線７が放出する。【００３３】
ここで図４に示したように、引出電極６の上面で電子線の照射領域を囲むように円形の突起部４９を設けると引出電極が作る電界分布が電子源に近づき、より先端に電界が集中しやすくなって必要なＶ１が下がる。電子源先端まわりの真空排気経路を確保するために、突起部４９の高さは電子源先端と引出電極までの距離よりも低くすることが望ましく、典型的には３０ｍｍ以下にする。突起部の断面形状は長方形や台形、その他多角形でもよい。【００３４】
電子源まわりに均一な電界分布を作るために、突起部は電子線の中心軸と同一の軸を持たせ、軸対称にする。また、皿状のように電子線が照射される領域のみが周囲に対して凹む構造でも良い。その他に引出電極には図５に示したように電子源に向かって凸の形状をもった凸型引出電極５０を用いてもよく、この電極でも電子源先端に電界を集中させやすくなる。凸型引出電極５０の上面にさらに突起部４９を設けてもよく、引出電極の構造は目的に応じて任意に変更してよい。【００３５】
電子線７の中心部の電子はアパーチャ８から下方の第２真空室９へ通り抜ける。この下方へ通り抜けた中心部分の電子をプローブ電流１０と呼び、荷電粒子線装置ではこのプローブ電流１０をさらに選別、加速、集束して用いる。アパーチャ８の直径は０．１から２ｍｍ程度であり、これ以上大きくすると差動排気が難しくなる。【００３６】
引出電極６はヒーター１３などの加熱手段であらかじめ５００℃程度まで加熱し、昇温脱ガス法で引出電極６の表面の吸着ガスや表層のガスを脱離させる。あらかじめ昇温脱ガス法を行うことで、電子線７が引出電極６に照射されたさいに発生するＥＳＤガスの量を低減する。その他の方法として、引出電極６にあらかじめ多量の電子線を照射する電子衝撃法を用いても同様にＥＳＤガスの発生を低減できる。電子衝撃方を用いる場合、真空容器４内に電子衝撃法のための新たな電子線源を設けてもよい。【００３７】
直径１ｍｍの円形断面をもつ軸対称のリング形状（筒構造）をもった遮蔽電極２２を電子線７の中心軸を囲むように配置する。図３２にリング形状（筒構造）の遮蔽電極の斜視図を示す。遮蔽電極２２は引出電極６から反射して上方へと進む反射電子１２の軌道を電気的または物理的に遮り（遮蔽）、真空容器壁面や他の部材に衝突するのを防ぐことでＥＳＤガスの発生を抑える。【００３８】
遮蔽電極２２は真空容器４と絶縁された支持棒２３に保持され、電気的に接続する。支持棒２３の本数は４本であるが、１本以上のその他の本数でも良い。遮蔽電極２２には、遮蔽電源２４を用いて電子源１に対して遮蔽電圧Ｖ２を印加する。Ｖ２は典型的には−１０〜２０ｋＶである。遮蔽電源２４は遮蔽電極２２に電流を印加して通電加熱でき、高温にすることで遮蔽電極２２についても昇温脱ガス法を行う。さらに遮蔽電極２２に電子衝撃法を行ってもよい。【００３９】
印加する遮蔽電圧Ｖ２の値によって、遮蔽電極２２が作る電界分布が変わり、反射電子の軌道の曲げ方、遮蔽の仕方が変わる。具体的には、遮蔽電極から反射電子に斥力を加え引出電極へと押し返すか、反射電子に引力を加えて遮蔽電極に衝突させることで捕獲する。遮蔽電圧の値によって、遮蔽できる電子数と電子線の放出に必要な引出電圧が変わる。よって電子源、引出電極、遮蔽電極の位置や構造などの電子銃の全体構成の設計に応じて適宜最適なＶ２を決める。【００４０】
以下に、遮蔽電圧Ｖ２の条件で反射電子の遮蔽の仕方がどうかわるかを説明する。【００４１】
図６は遮蔽電圧Ｖ２＜０の条件で電圧を印加した場合の代表的な構成と電界分布の等電位線１５、反射電子１２の軌道の一例を示したものである。なお、電界分布は中心軸に対して対称なので、簡単のために半面に関してのみ示した。以下の電界分布を説明する図においても半面で記載する。Ｖ２＜０の条件では、反射電子を遮蔽電極の内側へと抑えこむように遮蔽する。遮蔽電極２２の電位は電子源１よりも低くなるため、遮蔽電極２２に近づく反射電子１２には大きな斥力が働く。また、反射電子１２がもつ最大のエネルギーは電子源１の電位エネルギーと同等であるため、反射電子１２は遮蔽電極２２に衝突することはない。この斥力で反射電子１２を引出電極６に押し戻して進行を遮り、反射電子が真空容器壁面などへ衝突するのを防ぐ。ここで、この印加条件では、電子源１がそれ以下の電界分布に囲まれるようになるため、先端に電界が集中しづらくなる。電界集中をさせやすくするために引出電極６上に突起部４９などを設けることが好ましい。【００４２】
斥力で引出電極に戻された反射電子は引出電極に再衝突する。引出電極は昇温脱ガス法よってＥＳＤガスの発生量が低減されているため、ＥＳＤガスの発生量は最小限となる。反射電子が引出電極で再反射することでわずかに生じる２次的な反射電子についても、遮蔽電極の斥力によって同様に引出電極に戻される。ここで、引出電極６は、引き戻された反射電子が衝突する範囲に対して十分大きくし、昇温脱ガス法が行われていない他の部材に衝突させないようにする。【００４３】
図７は遮蔽電圧Ｖ２を０≦Ｖ２＜Ｖ１にした場合の代表的な電界分布の等電位線１５と反射電子１２の軌跡の一例である。この印加条件はＶ２＜０よりも電子源先端に電界集中させやすく、引出電圧Ｖ１を低減できる利点がある。遮蔽の仕方はＶ２＜０と同様に反射電子に斥力を加えて引出電極の方向へ抑えこむ。しかし、遮蔽電極２２の電位は電子源よりも高くなるため、エネルギーの高い一部の反射電子は遮蔽電極に衝突する。遮蔽電極２２はあらかじめ昇温脱ガス法を行ってあるので、このとき発生するＥＳＤガスは最小限である。反射電子に加わる斥力は、Ｖ２がＶ１に近づくほど弱まり、Ｖ２＝Ｖ１で力が加わらなくなる。【００４４】
図８は遮蔽電圧Ｖ２をＶ１≦Ｖ２にした場合の代表的な電界分布の等電位線１５と反射電子１２の軌跡の一例である。この条件は、これまでのＶ２＜Ｖ１の条件よりもさらに電子源１に電界を集中させやすくなる利点がある。この条件では遮蔽電極２２に近づく反射電子１２には引力が加わり、遮蔽電極に引き込まれ衝突する。反射電子を遮蔽電極に積極的に衝突させ、捕獲することで反射電子を遮蔽する。遮蔽電極２２はあらかじめ昇温脱ガス法を行ってあるので、衝撃で発生するＥＳＤガスは最小限となる。【００４５】
以上のようにＶ２の印加電圧によって反射電子の遮蔽の仕方は異なり、電子源先端の電界の集中のしやすさも変わる。印加条件は、電子銃の構造とそれに応じた反射電子の軌跡を元に適宜選択する。【００４６】
多くの反射電子に対して電界分布が作用するようにするため、遮蔽電極２２の断面の配置位置は、引出電極上の電子線の照射面の水平位置よりも上方（電子源方向）で、この照射領域を臨む位置にする。【００４７】
また、遮蔽電極の電界分布が、電子源先端への電界集中に与える影響を低減するために、好適には電子源先端から引出電極までの距離以上、遮蔽電極を電子源から離す。より限定的には電子源先端から引出電極までの距離の倍以上離す。典型的には、遮蔽電極は電子源先端から１０ｍｍ以上、限定的には２０ｍｍ以上離す。よって引出電極が電子源先端から最も近い電極になる。【００４８】
また、遮蔽電極の配置位置を、電子線の照射領域を底として電子線の中心軸を軸にもつ円柱空間の内側にすると、照射領域外縁から発生する反射電子に対して距離が離れ力を与えづらくなる。特にＶ２＜Ｖ１の条件では斥力で積極的に真空容器壁面に向かわせてしまう。よって、遮蔽電極はこの円柱空間の外側に配置する。【００４９】
電子源先端から放出する電子線の放出角は、引出電圧の値や電子源先端の直径にもよるが、典型的にはおよそ６０°である。幾何学的に、引出電極上の電子線の照射領域の直径は電子源先端から引出電極までの距離の１．１５倍程度であることから典型的には１．２倍以上、限定的には２倍以上遮蔽電極を中心軸から離す。典型的には半径６ｍｍの円柱空間、限定すると１０ｍｍの円柱空間の外側になる。反射電子はランダムな方向に反射して上方へ進むため、引出電極上の照射面から距離が離れるほど広範囲の空間に広がる。よって、遮蔽電極の配置位置がこの照射領域よりも遠くなると、電解分布の影響が与えられる反射電子は少なくなり、遮蔽が難しくなる。典型的には遮蔽電極は照射領域から７０ｍｍ以内に、より限定的には５０ｍｍ以内に配置する。【００５０】
ここで、リングの直径はその他の大きさでもよく、典型的には０．１〜１０ｍｍ程度を用いる。またリングの断面は多角形や楕円でもよい。【００５１】
図９に示すように電子源１の先端と水平方向には遮蔽電極２２を配置せず、イオンポンプ５を水平位置で直線上に配置することで、排気経路を広く、かつ電子源とポンプ間を短くすることができ高いコンダクタンスを確保できる。また、イオンポンプ５の代わりに、非蒸発ゲッターポンプやチタンサブリメーションポンプなどの溜め込み型ポンプを用いると、ポンプ自体からの放出物によるチップ汚染の心配がなくなり、より効果的となる。【００５２】
さらに、これらポンプはイオンポンプに比べてより高真空の排気に適しており到達真空度を高くできる。本構成を用いることでその排気能力を十分に活用して、それらポンプの到達真空度まで電子源まわりの真空度を向上できる。ここで、水平方向に遮蔽電極を置かない場合、引出電極から横方向に向かう反射電子は遮蔽し難いことから、特に引出電極６上に突起部４９を設けるのが望ましい。【００５３】
遮蔽電極２２やその表面コーティング材として、金、銀、銅、アルミニウム、チタン、またはそれらの合金などのＥＳＤガスの発生が少ない材料を用いることで、電子の衝突時の発生量をさらに低減できる。また、材料にパーマロイなどの高透磁率材料を用いることで、地磁気などの外部磁場が電子線に与える影響を低減できる。さらに、遮蔽電極２２の表面に非蒸発ゲッターなどゲッター材をコーティングすることで、電子銃内の真空排気能力が増し、真空度を向上できる。【００５４】
Ｖ２の印加条件によっては電子源１と遮蔽電極２２間、または遮蔽電極２２と引出電極６間などに高い電圧差が生じ、電極間で放電が発生する可能性がある。そこで、これら電極間は一定以上距離を離し、さらに端面やエッジ部分の曲率を大きくすることで、放電を抑える。また遮蔽電極２２の配置位置、直径、大きさなどの形状、または電子源や引出電極の構造、それぞれの位置関係は、電界分布と反射電子の軌道を計算することで、適宜最適化する。【００５５】
図１０に本実施例の電子銃を用いた荷電粒子線装置の一例として、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）の概略を示す。上記電子銃はさらに、加速電極２５を介して、イオンポンプ２６で排気された第３真空室２７に接続する。第３真空室２７は対物レンズ２８を介して、ターボ分子ポンプ２９で排気された試料室３０に接続する。なお、ターボ分子ポンプ２９はその他の真空ポンプ、例えばディフュージョンポンプなどで代用することもできる。【００５６】
電子銃から放出したプローブ電流１０は加速電極２５で加速されて、第３真空室２７へ進む。プローブ電流は絞り電極３１によってさらに外周部が除かれる。このとき絞り電極３１で検出される電流量を制御器３２でモニタリングする。プローブ電流１０はその後対物レンズ２８で集束し、試料台３３に固定された試料３４に照射する。【００５７】
試料３４から放出する二次電子を検出器３５で検出し、その電流量を制御器３２でモニタリングして観察像に変換、表示器３６に表示する。加速電源１９と引出電源２１、遮蔽電源２４は制御器３２に接続し、印加電圧を制御する。【００５８】
これらの印加電圧は、絞り電極３１で検出した電流量をもとに制御器３２が自動で調整する。または、検出した電流量や、現在のＶ０、Ｖ１、Ｖ２電圧、または電子銃内の圧力を表示器３６に表示し、ユーザが操作器３７を用いて任意の電圧に調整してもよい。電子源１のフラッシングは、フラッシング電源３８によって電子源１に通電加熱することで行う。フラッシングは制御器３２が電流量や経過時間から自動で行うことも、またはこれらを表示器３６に表示して、ユーザが操作器３７を用いて手動で行ってもよい。【００５９】
以上の構成のように、遮蔽電極で反射電子によるＥＳＤガスの発生を抑え、かつ真空排気の経路を確保しコンダクタンスを向上させることで電子銃の真空度を向上できる。この電子銃を用いることでエミッション電流の安定した荷電粒子線装置を提供できる。【００６０】
図３３に本実施例に係る電子顕微鏡に用いた電子源からのエミッション電流の時間変化を示す。本実施例によって電子源まわりの真空度を向上させることで、電子源へのガス吸着の頻度が低下し電流の減衰はゆるやかになる。この結果、例えば電流が初期値の５０％になる時間を減衰時間と定義すると、従来よりもエミッション電流の減衰時間が長期化する。エミッション電流が安定する時間が長くなり、電流変動も抑えられ、フラッシング頻度も低下するのでユーザの利便性が増す。【００６１】
本構成では遮蔽電極にリング形状を用いたが、それ以外の形状でも、引出電極６の上方で反射電子に対して同様の電位分布を形成することで、遮蔽効果が得られる。例えば図３４に示すような電子線７の中心軸を囲むように配置した軸対称の六角形でもよく、三角形や四角形といった、それ以外の多角形でもよい。多角にするほど軸対称の均一な電界分布が形成され、どの方向に反射した反射電子に対しても均等な大きさの力が加わるようになる。また、リング以外の形状、例えば図３５に示すように、電子線７の中心軸を囲むように、複数の任意の形状の電極を配置してよい。この場合各電極に独立に電圧を印加して、任意の電界分布を作ることができる。【００６２】
本構成は電界放出電子銃について述べたが、同様の構成をショットキー電子銃や熱陰極電子銃などにも適用できる。また、同様の電子源に正の電圧を印加してイオンを放出する、イオン銃においても本構成が適用できる。さらに本構成では電子銃の適用例としてＳＥＭについて説明したが、その他の荷電粒子線装置、例えば透過電子顕微鏡や電子線描画装置などの荷電粒子線装置でも同様に実装できる。【００６３】
本実施例によれば、上端及び下端が第一真空室に開放された筒構造の遮蔽電極を用いることにより、反射荷電粒子の進行を遮蔽し、かつ荷電粒子源まわりの排気経路を十分に確保することで、荷電粒子源まわりの真空度を向上し、安定したエミッション電流が得られる荷電粒子線装置を提供することができる。【００６４】
また、荷電粒子源先端から遮蔽電極までの距離を、荷電粒子源先端から引出電極までの最短距離を越える値とすることにより、荷電粒子源先端への電界集中に与える遮蔽電極の影響を低減することが出来る。【００６５】
また、第1真空室の排気口の高さと荷電粒子源先端の高さとを揃え、遮蔽電極はそれらと異なる高さとすることにより、排気のコンダクタンスを大きくすることができ、荷電粒子源周りの真空度を、より高めることができる。【００６６】
また、引出電極に突起部を設けることにより、荷電粒子源先端への電界集中に与える遮蔽電極の影響を低減することが出来る。
【実施例２】
【００６７】
続いて、図１１〜図１５、図３６〜図３８を用いて第２の実施例を説明する。本実施例は遮蔽電極が軸方向に長さを有する筒構造をもつことを特徴とした電子銃について説明する。本構成は実施例１とほぼ同様であるが、遮蔽電極２２は軸方向に長さを有する筒構造である。電界分布がより広範に広がることから反射電子の遮蔽効果が高くなる利点がある。【００６８】
図１１に第２実施例の電子銃の全体構成を示す。構成は実施例１とほぼ同様であり、実施例１に記載した構成の変更例や使用例、荷電粒子線装置への搭載方法は全て本実施例にもあてはまる。遮蔽電極２２は軸方向に長さをもった円筒構造をもち、支持棒２３で保持され、遮蔽電源２４から遮蔽電圧Ｖ２を印加する。【００６９】
図３６に円筒構造の遮蔽電極の斜視図を示す。遮蔽電極２２は円筒構造をもち軸方向に長いことから、より広い範囲に電界分布が広がる。遮蔽電極２２にはヒーター３９を取り付け、あらかじめ真空中で加熱することで昇温脱ガス法を行う。電子衝撃法でも同様の効果がある。引出電極６には電子源先端に電界集中しやすくさせるために、突起部４９や凸型引出電極５０を用いてもよい。【００７０】
図１２に実施例１の０≦Ｖ２＜Ｖ１の条件における複数の反射電子の軌跡を示す。リング状の遮蔽電極は図１２の反射電子１２で示した遮蔽電極２２に近づく反射電子は遮蔽できるが、反射電子１２’、１２’’で示した遮蔽電極から離れた位置の反射電子に対しては影響が小さく、遮蔽が難しい。その他のＶ２の印加条件でも同様となる。そこで、図１１に示したように遮蔽電極が軸方向に長さをもつことで電界分布がより広い範囲に広がり、様々な位置、方向、またはエネルギーの反射電子も遮蔽することができる。【００７１】
このとき遮蔽できる反射電子数は、電子線の照射領域から見た遮蔽電極が覆う立体角に比例する。よって、遮蔽電極２２の円筒の軸方向の長さが長いほど、遮蔽効果は高くなる。また、電子線の中心軸に対して遮蔽電極に傾きを設けてもよい。しかし、円筒を長くするほど電子源まわりの真空排気の経路を塞ぎ、コンダクタンスが悪化する。電子源まわりの排気経路を確保するために、円筒の遮蔽電極２２は引出電極６や電子源の支持部２、その上部の碍子３から分離し、円筒の遮蔽電極の上部と下部の両方、または少なくとも一方を開放し、空間を設けることで真空排気経路を確保する。これにより、大きなコンダクタンスを確保することができる。【００７２】
なお、例えば反射電子の遮蔽とコンダクタンスを両立させる遮蔽電極の配置の一例として実施例１の図９で示したように、電子源１の先端と水平方向には遮蔽電極２２を配置せず、イオンポンプ５を水平位置で直線上に配置することが挙げられる。このとき、イオンポンプからはイオンやスパッタリングで生じた微粒子が飛んでくる可能性があることから、イオンポンプの代わりに非蒸発ゲッターポンプやチタンサブリメーションポンプなどの溜め込み型ポンプを用いるとよい。またこの配置では図１２の反射電子１２’’で示したような水平方向に向かう反射電子は遮蔽しづらいことから、引出電極上に突起部４９を設け反射電子の軌道を塞ぐとより効果的である。【００７３】
図１３にＶ２＜０の条件で電圧を印加した場合の代表的な電界分布を示す。実施例１と同様に、遮蔽電極２２に近づく反射電子１２には斥力が働き、引出電極６へと押し戻す。遮蔽電極２２が円筒状になったことで電界分布が広がり、反射電子に斥力が加わる空間も広がる。よって反射電子１２’に示したような上方に向かう反射電子などのより多くの反射電子に対しても遮蔽効果がある。【００７４】
図１４は遮蔽電圧Ｖ２を０≦Ｖ２＜Ｖ１にした場合の代表的な電界分布を示す。この印加条件も、反射電子１２に斥力を与える点でＶ２＜０と共通であり、また、電子源１の先端に電界をより集中させやすい利点がある。遮蔽電極２２にはエネルギーの高い反射電子が衝突するが、遮蔽電極が円筒になり面積が広くなったことから、より多くの反射電子を捕獲できる。遮蔽電極２２はあらかじめ昇温脱ガス法を行ってあるので、このとき衝撃で発生するＥＳＤガスは最小限である。【００７５】
図１５は遮蔽電圧Ｖ２をＶ１≦Ｖ２にした場合の代表的な電界分布を示す。この条件では、これまでのＶ２＜Ｖ１の条件よりもさらに電子源１に電界を集中させやすくなる。遮蔽電極を円筒構造にしたことで、より広い範囲の遮蔽電極２２に近づく反射電子１２に引力が加わり、多くの反射電子を捕獲できる。遮蔽電極２２はあらかじめ昇温脱ガス法を行ってあるので、衝撃で発生するＥＳＤガスは最小限に抑えられる。【００７６】
遮蔽電極の配置位置は実施例１と同様である。電界分布は微小電荷の重ねあわせで表されることから、遮蔽電極の形状が変わっても、その一部が実施例１で示した空間に配置されていれば同様の効果がある。【００７７】
遮蔽電極の形状は円筒構造だけではなく、図３７に示した六角形の筒でもよく、三角形や四角形の筒でもよい。多角にするほど軸対称の均一な電界分布が形成され、どの方向に反射した反射電子に対しても均等な大きさの力が加わるようになる。実用上は６角形以上が望ましい。また、図３８に示すように、複数の任意の形状の電極を配置してよい。この場合各電極に独立に電圧を印加して、任意の電界分布を作ることができる。【００７８】
以上の構成を用いることで、実施例１に比べ遮蔽電極が作る電界分布が広範に広がり、より多くの反射電子を遮蔽でき、ＥＳＤガスの発生量をさらに低減した電子銃を提供できる。【００７９】
本実施例によれば、両端が開放された筒構造の遮蔽電極を有することにより、反射荷電粒子が荷電粒子銃内に広がるのを防ぎ、かつ荷電粒子源まわりの排気経路を十分に確保することで、荷電粒子源まわりの真空度を向上し、安定したエミッション電流が得られる荷電粒子銃を有する荷電粒子線装置を提供することができる。また、遮蔽電極を軸方向に長さを有する筒構造とすることにより、より広範囲の反射荷電粒子に対して遮蔽効果の高い荷電粒子線装置を提供することができる。
【実施例３】
【００８０】
続いて、図１６〜図２４、図３９を用いて第３の実施例を説明する。本実施例は実施例２の筒構造の遮蔽電極がその側面に開口部をもつことを特徴とした電子銃について説明する。本構成では実施例２と同様に電界分布が広範に広がることで多くの反射電子を遮蔽でき、さらに開口部を設けたことで真空排気のコンダクタンスも高くできる特徴がある。【００８１】
図１６に第３実施例の電子銃の全体構成を示す。構成は実施例１及び、実施例２とほぼ同様であり、実施例１と２に記載した構成の条件や変更例、使用例、荷電粒子線装置への搭載方法は全て本実施例にもあてはまる。本実施例では遮蔽電極２２は円筒構造であり、その側面に開口部４０をもつ。図３９に開口を有した円筒構造の遮蔽電極の斜視図を示す。遮蔽電極２２は支持棒２３で保持し、遮蔽電源２４で遮蔽電圧Ｖ２を印加する。遮蔽電極２２には昇温脱ガス法のためのヒーター３９などの加熱手段をとりつける。引出電極には、ここではより電子源１の先端に電界を集中させるため凸型引出電極５０に突起部４９をつけたものを用いた。引出電極の構造は図３から図５で説明したいずれのものでもよい。【００８２】
なお、凸型引出電極５０を用いた場合、凸型引出電極５０表面の水平高さよりも下方まで遮蔽電極２２を伸ばすことで、軌道を曲げられて凸型引出電極の側面近傍へと向かう反射電子に対しても電界分布によって力が加わるようになり遮蔽しやすくなる。【００８３】
遮蔽電極２２は円筒構造をもち軸方向に長いことから、実施例２と同様に電界分布の範囲は広くなり反射電子１２を効果的に遮蔽する。実施例２では遮蔽効果を高めるために円筒を長くすると、電子源まわりの真空排気の経路が狭くなりコンダクタンスが悪化したが、本実施例では開口部４０を新たに設けたことで、反射電子を遮蔽しつつ、真空排気の経路も確保されコンダクタンスが向上する。例えば電子源１の水平方向に遮蔽電極を配置しても、コンダクタンスを維持できる。開口部の近傍の電界分布は開口の形状に応じて不均一になるが、遮蔽電極から離れるにつれ、電界分布は開口部がない場合と同様に均一となる。よって、反射電子に与える力には実施例２と同様で影響がない。【００８４】
図１７にＶ２＜０の条件で電圧を印加した場合の代表的な電界分布を示す。開口部４０近傍の電界分布は若干不均一になるが、距離が離れるにつれ均一となり、反射電子１２に斥力を与え遮蔽する。【００８５】
図１８に遮蔽電圧Ｖ２を０≦Ｖ２＜Ｖ１にした場合の代表的な電界分布を示す。この印加条件では反射電子１２の一部は遮蔽電極２２に衝突する。このとき遮蔽電極２２に開口部４０を設けたことから、反射電子１２’で示したように一部の電子がこの開口部を通り抜け、真空容器４の壁面に衝突する可能性がある。そこで下記のように遮蔽電極２２の構造を変更することで、反射電子を遮蔽する確率（遮蔽率）を向上させる。例えば図１９に示すように開口３９に突起部４１を設けることで反射電子１２を捕獲する。また、計算によって求めた反射電子１２の軌跡をもとに、突起部４１に傾きをつけることで、さらに遮蔽率を上げることができる。【００８６】
さらに、図２０に示すように、二枚以上の遮蔽電極２２、２２’を入れ子状に設け、反射電子１２の軌跡に応じてそれぞれの開口部４０の位置をずらす。これにより、内側の遮蔽電極２２を通り抜けた反射電子１２を外側の遮蔽電極２２’で捕獲し、遮蔽率を上げる。また、複数の遮蔽電極それぞれを電気的に絶縁し、それぞれの印加電圧を独立に変えることでも遮蔽率を上げることができる。【００８７】
さらに、図２１に示すように電子線の中心軸に対して傾き（テーパ）をつけた遮蔽電極４２を用いることで、遮蔽電極内の電位分布を変えて遮蔽率を上げることもできる。【００８８】
上記図１９−２１の遮蔽率を上げるための電極構造は、それぞれを組み合わせて併用することもできる。【００８９】
図２２に遮蔽電圧Ｖ２をＶ１≦Ｖ２にした場合の代表的な電界分布を示す。この印加条件では、反射電子１２に引力を与え、遮蔽電極２２へと引き込み捕獲する。この場合も反射電子１２’で示したように開口部４０から一部の電子が通り抜ける可能性がある。そこで、この電圧条件でも上記図１９〜図２１の遮蔽電極の構造を適用することで、さらに遮蔽率を上げる。【００９０】
ここで、開口部４０は少なくとも１つの円孔であるが、その他の孔の形状、大きさでもよく、開口部４０の総面積が大きいほど電子源１のまわりを排気する経路が広がり、コンダクタンスが向上する。例えば、図２３に示すように、メッシュ状の遮蔽電極４３を用いることで、真空の排気経路を確保でき、よりコンダクタンスが向上する。遮蔽電極全体の面積に対して開口部の面積を上げるほどコンダクタンスは増すが、電極がつくる電場が不均一になりやすく、また物理的に電子を遮る面が減るため遮蔽率が低下するトレードオフの関係になる。【００９１】
図２４に一例としてメッシュ状遮蔽電極４３を用いた場合の電子銃の構成を示す。メッシュ状遮蔽電極４３は支持棒２３で保持して配置する。Ｖ２＜０の印加条件では、反射電子１２に斥力が加わり、反射電子は遮蔽電極に到達せず内側に抑えることが容易であるので、特にこのメッシュ状遮蔽電極が有効である。【００９２】
実施例１と実施例２と同様に、本実施例でも電子源まわりのコンダクタンスが向上することから、イオンポンプに加えて非蒸発ゲッターポンプやチタンサブリメーションポンプなどの超高真空用ポンプを用いると、それらの排気能力を十分活用して電子源まわりの真空度を向上できる。例えば図４０に示したように遮蔽電極２２の表面に非蒸発ゲッターポンプ５１をコーティングしたり、真空容器４内部の任意の位置に非蒸発ゲッターポンプ５１’を配置することで排気能力をさらに上げ、真空度を向上できる。【００９３】
遮蔽電極の形状は円筒構造だけではなく、実施例２と同様に多角形の筒の側面に開口部を設けたものや、複数の任意形状の電極の側面に開口部を設けたものでもよく、開口部によってコンダクタンスが向上する。【００９４】
以上の構成を用いることで、実施例２と同様に多くの反射電子を遮蔽でき、かつ開口部を設けたことで真空排気のコンダクタンスも向上した電子銃が提供できる。【００９５】
本実施例によれば、複数の開口部を側面に備えた筒構造の遮蔽電極を有することにより、反射荷電粒子が荷電粒子銃内に広がるのを防ぎ、かつ荷電粒子源まわりの排気経路を十分に確保することで、荷電粒子源まわりの真空度を向上し、安定したエミッション電流が得られる荷電粒子銃を有する荷電粒子線装置を提供することができる。また、遮蔽電極を軸方向に長さを有する筒構造とすることにより、より広範囲の反射荷電粒子に対して遮蔽効果の高い荷電粒子線装置を提供することができる。また、筒構造の遮蔽電極の側壁に開口部を有することにより、真空排気のコンダクタンスを悪化させることなく、遮蔽電極の下端を荷電粒子源よりも引出電極寄りに配置することが可能となり、より広範囲の反射荷電粒子に対して遮蔽効果の高い荷電粒子線装置を提供することができる。【００９６】
また、筒構造の遮蔽電極の側壁に設けた開口部に突起を設けることにより、反射荷電粒子に対して遮蔽効果の高い荷電粒子線装置を提供することができる。また、筒構造の遮蔽電極を複数入れ子状に設け、それぞれの反射荷電粒子の軌跡に応じて開口位置をずらすことにより、反射荷電粒子に対して遮蔽効果の高い荷電粒子線装置を提供することができる。また、筒構造の遮蔽電極において、中心軸に対してテーパを持たせることにより、反射荷電粒子に対して遮蔽効果の高い荷電粒子線装置を提供することができる。又、メッシュ状の筒構造を有する遮蔽電極とすることにより、真空排気のコンダクタンスがより高い荷電粒子線装置を提供することができる。
【実施例４】
【００９７】
続いて、図２５および図２６に基づき第４の実施例を説明する。本実施例は電子源の支持部と遮蔽電極を電気的に接続し、電源を省略して簡略化した構造をもつことを特徴とする電子銃について説明する。【００９８】
図２５に第４実施例の電子銃の全体構成を示す。電子銃の構成は実施例１から３とほぼ同様であり、実施例１から３に記載した構成の変更例や使用例、荷電粒子線装置への搭載方法は全て本実施例にもあてはまる。【００９９】
本実施例では開口部４０を有した軸方向に長さをもつ筒構造の遮蔽電極２２を電子源１の支持部２と一体化し、これらを碍子３で保持する構成をもつ。電子源１と遮蔽電極２２は電気的に接続されて同一の電位となり、遮蔽電源や、遮蔽電極への電圧印加のための端子が必要なくなる利点がある。よって構成を簡略化できる。遮蔽電極２２にはヒーター３９をとりつけ昇温脱ガス法を行う。引出電極には図５で説明した凸型引出電極５０を用いたが、図４で説明した平面型の引出電極６や突起部４９を用いてもよい。【０１００】
図２６に本構成の遮蔽電極２２が形成する電界分布を示す。この電界分布は実施例３で遮蔽電圧Ｖ２＝０としたものとほぼ同様であり、遮蔽の仕方も同様である。本構成は遮蔽電源が必要なくなる利点の他に、支持部と遮蔽電極が一体化したことで電子源の上方が全て遮蔽電極で覆われる構造になるため電界分布が広がり、反射電子１２’で示したようなより上方へ向かう反射電子遮蔽できる利点がある。【０１０１】
遮蔽電極２２に向かう反射電子には斥力が加わり、引出電極に再度衝突する。電子源と遮蔽電極の電位が同じであるため、エネルギーの高い小数の反射電子は遮蔽電極に衝突する。引出電極と遮蔽電極はあらかじめ昇温脱ガス法を行うため、衝突で発生するＥＳＤガスは最小限となる。【０１０２】
本構成においても、遮蔽電極２２に図２３で説明したメッシュ状遮蔽電極４３が有効であり、これを用いることでコンダクタンスを高めることができる。また、図１９〜２１で説明した遮蔽電極にテーパや突起部をつけたり、多層にすることで、遮蔽電極内の電界分布を任意に変え、反射電子をより内部に閉じ込めやすくできる。また、遮蔽電極２２が開口部４０をもたなくともよい。この場合、コンダクタンスが悪くなるため、遮蔽電極２２と引出電極との間の空間を十分にあけ、排気経路を確保する。【０１０３】
本実施例によって、実施例３で遮蔽電圧Ｖ２＝０とした場合とほぼ同じ遮蔽効果で、遮蔽電源を必要としない簡略化した構成の電子銃を提供できる。【０１０４】
本実施例によれば、側面に複数の開口部を備えた筒構造の遮蔽電極を有することにより、反射荷電粒子が荷電粒子銃内に広がるのを防ぎ、かつ荷電粒子源まわりの排気経路を十分に確保することで、荷電粒子源まわりの真空度を向上し、安定したエミッション電流が得られる荷電粒子銃を有する荷電粒子線装置を提供することができる。また、荷電粒子源の支持部と遮蔽電極が一体化した構成により、上方へ向かう反射荷電粒子を遮蔽することのできる荷電粒子線装置を提供することができる。また、荷電粒子源と遮蔽電極とを電気的に接続することにより、遮蔽電源や遮蔽電極への電圧印加のための端子が不要となり、装置構成が簡略な荷電粒子線装置を提供することができる。
【実施例５】
【０１０５】
続いて、図２７〜図２９を用いて第５の実施例を説明する。本実施例は引出電極と側面に複数の開口部を有する筒構造を有する遮蔽電極を電気的に接続し、電源を省略して簡略化した構造をもつことを特徴とする電子銃について説明する。【０１０６】
図２７に第５実施例の電子銃の全体構成を示す。電子銃の構成は実施例１から３とほぼ同様であり、実施例１から３に記載した構成の変更例や使用例、荷電粒子線装置への搭載方法は全て本実施例にもあてはまる。本実施例では開口部４０を有した軸方向に長さをもつ筒構造の遮蔽電極２２と引出電極６とを接続した構成をもつ。引出電極６と遮蔽電極２２の電位は同一となり、遮蔽電源や端子、遮蔽電極２２の支持棒が必要なくなる利点がある。遮蔽電極２２はあらかじめヒーター３９で昇温脱ガスを行う。遮蔽電極２２に銅などの熱伝導率の高い材料を用いることで、ヒーター１３のみでも遮蔽電極２２に昇温脱ガス法を行うこともできる。【０１０７】
図２８に本構成の遮蔽電極２２が形成する電界分布を示す。この電界分布は実施例３で遮蔽電圧Ｖ２＝Ｖ１としたものとほぼ同様である。遮蔽電極２２に近づく反射電子には力が加わらず、そのまま遮蔽電極２２に衝突する。反射電子の一部は開口部４０を通って外側に通過することから、図１９−２１で説明した遮蔽電極の構造を変更し、遮蔽率を向上する。【０１０８】
図２９に遮蔽電極の構造を変更した場合の一例を示す。遮蔽電極にはテーパつき遮蔽電極４２、４２’を用い、さらに二重構造にする。それぞれの電極の開口部４０は入れ違いにし、突起部４１を設ける。これらの変更により遮蔽率を向上する。さらに、電子源１と同電位の迎え電極４４を設けることで上方へ向かう反射電子を内側へと押さえ込む。これらの電極構造の大きさや形状は、遮蔽電極内側の電界分布と反射電子の軌跡を計算することで最適化する。【０１０９】
遮蔽電極２２が開口部４０をもたなくともよい。この場合、コンダクタンスが悪くなるため、遮蔽電極２２と上部の空間は十分にあけ、排気経路を確保する。【０１１０】
本実施例によって、実施例３で遮蔽電圧Ｖ２＝Ｖ１とした場合とほぼ同じ遮蔽効果で、遮蔽電源を必要としない簡略化した電子銃を提供できる。【０１１１】
本実施例によれば、開口を有する筒構造の遮蔽電極を有することにより、反射荷電粒子が荷電粒子銃内に広がるのを防ぎ、かつ荷電粒子源まわりの排気経路を十分に確保することで、荷電粒子源まわりの真空度を向上し、安定したエミッション電流が得られる荷電粒子銃を有する荷電粒子線装置を提供することができる。また、遮蔽電極と引出電極とを電気的に接続することにより、遮蔽電源や端子、遮蔽電極の支持棒が不要となり、装置構成が簡略な荷電粒子線装置を提供することができる。また、荷電粒子源の上方に迎え電極を配置することにより、上方へ向かう反射電子を内側へと押さえ込むことのできる荷電粒子線装置を提供することができる。
【実施例６】
【０１１２】
続いて、図３０に基づき第６の実施例を説明する。本実施例は実施例１から５の構成において電子源にレーザを照射し、熱または電界を与えることを特徴とする電子銃について説明する。【０１１３】
図３０に第６実施例の電子銃の全体構成を示す。遮蔽電極の構造は実施例３のものを用いたが、その他の実施例１から５で用いた遮蔽電極の構成も用いることが出来る。本実施例では真空容器４にビューポート４５を設けており、レーザ光源４６から放出したレーザ光４７を集光レンズ４８で集光し、ビューポート４５を通して真空容器４内に導入、さらに遮蔽電極２２の開口部４０を通して電子源１に照射することを特徴としている。【０１１４】
従来の電子銃構成では、電子源がカップ状電極などで囲われおり、ビューポートなどの窓を通して電子銃外部から直接電子源を見ることはできなかった。しかし、実施例１から５で示した遮蔽電極を用いることで、電子源を外部から直接見ることが可能となり、レーザを電子源に照射することができる。【０１１５】
本構成では、電子源表面の吸着ガスを脱離させ、清浄化するためのフラッシングを、集光したレーザ光４７を用いて行う。従来は電子源自体に通電し、ジュール熱で電子源全体を加熱していたが、レーザ光を用いることで、電子源の先端のみを加熱することができ、フラッシングの全体加熱で生じる電子源の変形、軸ずれをなくすことができる。なお、レーザとしては半導体レーザが好適である。【０１１６】
さらに、レーザ光でアシストしながら電界蒸発を行うことで、電子源の清浄化を行うことができる。電子源１に集光したレーザ光４７を照射しながらに、電子源１に正の高電圧を印加する。この方法で電子源先端にレーザ光による電界が加わり、従来よりも低い電圧で電界蒸発ができる。【０１１７】
また、電子源１に集光したレーザ４７を照射し、さらに引出電圧を印加して電子源先端に電界を集中させる。これによって、レーザによる電界が電子源先端に加わり、従来よりも低い引出電圧で電子線７を得ることができる。また、電子が放出するより低い引出電圧を電子源に印加し、電子の放出に足る電界をもったレーザを電子源にパルス状に照射することで、レーザと同期したパルス状の電子線を得ることができる。【０１１８】
本実施例は、レーザ光源４６やレンズ４８は真空容器４の内部に設置してもよい。また、必要なレンズの形状、枚数はレーザの強度、単色性、集光径によって異なり、１つ以上でも、全く備えなくてもよい。また、本構成はレーザに限らず、指向性のエネルギー源に関しても適用できる。【０１１９】
電子源にレーザ照射後、側面に開口部を有する筒構造の遮蔽電極を有する電子顕微鏡で電子線を放出した結果、各実施例と同様の効果を得ることができた。更に、より安定したエミッション電流を得ることができた。【０１２０】
本実施例によれば、側面に複数の開口部を備えた筒構造の遮蔽電極を有することにより、反射荷電粒子が荷電粒子銃内に広がるのを防ぎ、かつ荷電粒子源まわりの排気経路を十分に確保することで、荷電粒子源まわりの真空度を向上し、安定したエミッション電流が得られる荷電粒子銃を有する荷電粒子線装置を提供することができる。また、荷電粒子源先端に熱又は電界を与えるための指向性エネルギー源を備えることにより、低い引出電圧で荷電粒子線を得ることができる荷電粒子線装置を提供することができる。【０１２１】
上記実施例１から６に記載した構成は走査透過電子顕微鏡やミラープロジェクション顕微鏡など、その他の荷電粒子線装置に用いても良い。またこれらの構成で用いる電子源はタングステンやＬａＢ６、カーボンナノチューブの他の材料でもよく、＜３１０＞や＜１１１＞、＜１００＞以外の結晶面でも良い。電子源と引出電極の間隔は１ｍｍ以下でも良く、引出電極の構造は図４１に示すように皿状でもよい。引出電極や遮蔽電極の材質、またはそれらの表面のコーティング材は、金、銀、銅、アルミニウム、チタンやそれらの合金の他に、チタンナイトライドやベリリウムカッパーなどのＥＳＤガスの発生が少ない材料を用いても良い。さらに、引出電極や遮蔽電極の表面に非蒸発ゲッターなどゲッター材をコーティングすることで、電子銃内の真空排気能力が増す。【０１２２】
実施例２から実施例４で示した筒型の遮蔽電極を用いる構成では、図２６で示したように凸型引出電極５０の上面の水平高さよりも下方まで遮蔽電極２２を伸ばすことで、反射電極によって軌道を曲げられて凸型引出電極の側面近傍に向かう反射電子に対しても電界分布で力が加わるようになり、遮蔽効果が高くなる。また図１６に示したように引出電極に突起部４９を備えた場合も、突起部４９の上面の水平高さよりも下方まで遮蔽電極２２を伸ばすことで同様の効果がある。【０１２３】
実施例４の構成において遮蔽電極の形状は任意に変更でき、例えば図４２に示すように遮蔽電極に図２３で説明したメッシュ状遮蔽電極４３を用いることで、よりコンダクタンスを高めることができる。また、引出電極も凹型引出電極５２に突起部４９を備えるなど、反射電子の抑制とコンダクタンスの改善を踏まえて任意の構成に変更できる。
【符号の説明】
【０１２４】
１…電子源、２…支持部、３…碍子、４…真空容器、５…イオンポンプ、６…引出電極、７…電子線、８…アパーチャ、９…第２真空室、１０…プローブ電流、１１…電子衝撃脱離ガス、１２…反射電子、１３…ヒーター、１４…カップ型引出電極、１５…等電位線、１６…第１真空室、１７…イオンポンプ、１８…端子、１９…加速電源、２０…端子、２１…引出電源、２２…遮蔽電極、２３…支持棒、２４…遮蔽電源、２５…加速電極、２６…イオンポンプ、２７…第３真空室、２８…対物レンズ、２９…ターボ分子ポンプ、３０…試料室、３１…絞り電極、３２…制御器、３３…試料台、３４…試料、３５…検出器、３６…表示器、３７…操作器、３８…フラッシング電源、３９…ヒーター、４０…開口部、４１…突起部、４２…テーパつき遮蔽電極、４３…メッシュ状遮蔽電極、４４…迎え電極、４５…ビューポート、４６…レーザ光源、４７…レーザ光、４８…集光レンズ、４９…突起部、５０…凸型引出電極、５１…非蒸発ゲッターポンプ、５２凹型引出電極。
【図１】
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【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】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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