(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショットキー効果を利用して電子放出する電子源を備えた電子線装置において、前記電子源から放出される電子線の電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段で検出された電流の変動に基づいて前記電子源に対する加熱温度を下げる手段を備えたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１において、前記加熱温度を下げる手段は、前記電流の電流値の低下に基づいて前記電子源の加熱温度を下げることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１において、前記電子源の使用許可時間を超えている旨を表示する手段および／または前記電子源交換の注意喚起表示をする手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子源を備えた電子線装置に関し、特にショットキー効果を利用した電子源を使用する電子線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子線装置における電子源は消耗品である。そして交換時期を正確に知ることが電子線装置の効果的な稼動にとって極めて重要な要件となる。この電子源の寿命を診断する技術が、特開昭63−20455 号公報に開示されている。
【０００３】
当該公報には、電子源の運転積算時間が予め定められた時間に達したときに行うべく、電子源の運転時間をカウントすることが開示されている。また、この運転積算時間内で電子源の出力を監視し、出力が所定レベルより低下したときに交換を行えるよう、その事実を作業者に伝える手段が開示されている。また当該公報には、放出電流の出力レベルの変動に基づいて、交換時期を予測することについても開示されている。
【０００４】
更に特開昭64−20464 号公報には、電子線の放出電流を計測し、その電流値が予め登録してある電流値より、一定量低くなったときを、交換時期と判定する技術が開示されている。
【０００５】
また、特開平5−267144 号公報には、電子線装置の絞りや偏向器の累積使用量と、使用限度値を比較して、残りの使用量を算出し、当該結果を時間や日数に換算して表示する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般にタングステンの単結晶に、酸素とジルコニウムなど(以下拡散物とする)を拡散させたショットキー効果を利用する電子源の実質的な寿命は、拡散物がすべて蒸発してなくなったときであるが、拡散物がなくなる時期は、拡散物の塗布量，塗布位置，電界強度、或いは電子源の使用温度により異なる。個々の電子源についてはその寿命時期を判定するには前述の特開昭64−20464 号公報に開示されているように電子線の放出電流の減少を検出する方法がある。
【０００７】
しかしながら、ショットキー効果を利用する電子源の場合、放出電流の減少開始から、放出電流が０に至るまでの時間が短く、発明者の実験によれば２時間程度であることが確認できた。
【０００８】
一方、電子線装置の電子源や電子銃の交換は、超高真空に保たれた電子源を一旦大気開放して、電子源の交換後、再度超高真空状態に戻すという作業が必要となる。この作業は相当の時間を要するため、例えば装置の定期的なメンテナンス時に合わせて実施する等の対策をたてないと装置の稼動効率は低下する。特に電子源の周りは電子線装置の中で最も真空度の高い部分であり、また軸合わせなど微調整が必要な個所でもあるので、他の消耗品等と比較して交換に最も時間を要する個所であり、交換のタイミング次第で装置の稼動効率に大きな影響を与えることになる。
【０００９】
ショットキー電子源を採用した電子線装置の場合、上述のように放出電流の減少時間から０に至るまでの時間が短く、放出電流の低下により寿命が近づいたことを認識したときには既に上述のような対策を立てる間もなく、装置を一旦止めて電子源を交換することになり、稼動効率が低下するという問題がある。
【００１０】
また上記のような問題を解決するため、例えば日本学術振興会荷電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会第１１７回研究会資料，ｐ１４９に開示されているように、まだ使用できると推測できる電子源であっても、実際の寿命よりもかなり早めに交換するということもできるが、装置のランニングコストが高くなるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決し、装置の稼動効率の向上と装置のランニングコストの低減を両立できる電子線装置の提供を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、ショットキー効果を利用して電子放出する電子源を備えた電子線装置において、前記電子源の使用許容時間を予め設定する手段と、前記電子源の積算使用時間をカウントするタイマと、前記設定された使用許容時間と前記積算使用時間に基づいて前記電子源の残りの使用許容時間を算出する手段と、当該残りの使用許容時間を表示する表示装置を備えたことを特徴とする電子線装置を提供する。
【００１３】
上記構成によれば、電子源の残りの使用許容時間を表示する表示装置を備えているので、電子源の交換のタイミングをオペレータが判断することができる。オペレータは予め使用許容時間を設定しておく。この使用許容時間は、電子源の拡散物の塗布量，塗布位置，電界強度、或いは電子源の使用温度により実際上変動するものであるが、オペレータは残りの使用許容時間と、定期的なメンテナンスのスケジュールの比較によって、おおよその交換タイミングを知ることが可能になる。
【００１４】
更に、本発明によれば上記目的を達成するために、ショットキー効果を利用して電子放出する電子源を備えた電子線装置において、前記電子源から放出される電子線の電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段で検出された電流の変動に基づいて前記電子源に対する加熱温度を下げる手段を備えたことを特徴とする電子線装置を提供する。
【００１５】
上記構成によれば、電子源の寿命が近づいたことを告げる電子線電流の変動の検知に基づいて、電子源の寿命を延ばすことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明による電子線装置の概略構成図である。図１において、ショットキー効果を利用した、電子源１から放出された電子は、電磁または静電作用によるレンズ１０で収束され、ターゲット１１に照射される。電源２は、電子源１を使用温度に加熱したり、引き出し電極４やサプレッサ電極１２など、電子銃３にある電極に電圧を印加する。電子銃３は真空遮断弁１３を有し、電子銃３として超高真空を保つことができる。電子源１からの放出電流５は電源２で検出される。また電源２には、電子源１を加熱した積算時間（積算使用時間）をカウントするタイマ６が含まれている。電源２を制御する制御ＣＰＵ７は、放出電流５とタイマ６のデータを定期的にまたは随時読み取ることができる。上位ＣＰＵ８は制御ＣＰＵ７と通信で接続されており、放出電流５とタイマ６のデータを定期的にまたは随時読み取ることができる。上位ＣＰＵ８には、あらかじめ電子源１の交換周期が登録され、登録された交換周期から電子源１の積算加熱時間を差し引くことで、電子源１の使用できる残り時間や交換周期を超過して使用している時間を算出する。
【００１７】
電子源１の交換周期としては、メーカーの推奨する保証寿命時間を使用するのが一般的であるが、メーカーの推奨する保証寿命時間は裕度を含んでいるため、場合によっては装置の使用者が独自に設定した時間を登録してもよい。上位CPU８は、読み取った放出電流５のデータを記録し、経時的なデータの大小比較演算を実施することで、放出電流５が減少し始めたかどうかを判別することができる。表示装置９には、電子源１の積算使用時間や、上位ＣＰＵ８で演算した結果である、電子源１を使用できる残り時間や、電子源１または電子銃３を交換すべき時期がきたことを知らせるアラームなどを表示させることができる。
【００１８】
図２（ａ）は、電子源１の積算使用時間や使用できる残り時間を表示する実施例である。積算使用時間を表示する場合、電子源１の交換周期を併記すると電子源１を使用できる残り時間が容易にわかる。また、オペレータは、残りの時間と、メンテナンスケジュールを見比べて、最も、電子源を効率良く使用でき、かつ、装置の稼動効率に影響を及ぼさない電子源の交換タイングを知ることが可能になる。図２（ｂ）に記すように、時間表示は全ての実施例において、日数や月数の表示としてもよい。
【００１９】
図３は、電子源の積算使用時間と、残りの使用時間をグラフィック表示の実施例を示している。電子源１の内部タイマを用いて２００ｈごとに電子源１の積算使用時間を読み取る。Ａ時間をたとえば７２０ｈとすれば、交換周期すなわち電子源１を交換すべき時期の一ヶ月前から、電子源１を使用できる残り時間の表示が開始され、装置を操作するのに不要な表示を最小限にでき、かつ電子源交換のスケジュールを余裕をもって組むことができる。積算使用時間が（交換周期−Ａ時間）よりも大きければ、積算使用時間が交換周期以上であるかを判断し、交換周期以上であれば、請求項４に記載の、“電子源(電子銃)を交換して下さい。”という内容のアラームをたとえば図５のように表示する。このアラーム表示は定期的に、たとえば２４ｈごとに表示し、装置の使用者に電子源１または電子銃３の交換を促す。積算使用時間が交換周期未満であれば、Ｂ＝（交換周期−積算使用時間）を計算し、請求項１に記載の“電子源（電子銃）交換まであとＢ時間です。”など、電子源の残りの使用時間を示す内容のメッセージを表示する。
【００２０】
この表示は、上位ＣＰＵ８の内部タイマを用いてたとえば２００ｈごとにＢを計算して実施される。このメッセージをもとに、装置の使用者は、電子源１の交換予定日を計画することができ、不意なダウンタイムを発生させずに、電子源１が寿命となる前に確実に電子源１を交換することができる。上記のＢの代わりに、Ｃ＝（交換周期−積算使用時間）／２４ｈや、（交換周期−積算使用時間）／７２０ｈを計算させ、Ｃを表示すれば、それぞれ、電子源１を使用できる残りの日数と月数を表示することができる。電子源１または電子銃３を交換したら、タイマ６と上位ＣＰＵ８の積算使用時間をゼロリセットして電子源１の積算使用時間のカウントをゼロから再スタートさせる。
【００２１】
なお、図６のフローチャートで、残り時間の表示と、電子源の交換を促す表示を、段階的に行うようにしたのは、以下の理由によるものである。即ち、２段階に分けて表示することにより、オペレータに交換の時期が近づいていることを喚起すると共に、最終的な交換周期の設定を電子源が使用できなくなる寸前の値に設定することを可能とするためである。
【００２２】
最述したように、ショットキー効果を利用する電子源は、拡散物の塗布量や使用条件等によって、寿命が変わってくるが、オペレータは、自らの経験と、普段の使用条件に応じて、おおよその寿命を知ることが出来る。このおおよその寿命を交換周期として設定し、交換周期がせまってきた所で、注意喚起のため残り時間を表示するようにすれば、オペレータは、より効率良く、電子源を使用でき、かつ装置の稼動効率に影響を及ぼさない電子源の変換タイミングを決定することが容易になる。
【００２３】
次に図７のフローチャートを用いて、電子源１の実際の寿命を検出する場合の実施例を説明する。電子源１の使用温度を、吸着ガスによる放出電流の減少が生じない、１７００Ｋ以下の温度にセットして装置を使用する。上位ＣＰＵ８に、電子源１の交換周期としてたとえば保証寿命時間を登録する。装置を使用し始めたら定期的に、たとえば上位ＣＰＵ８の内部タイマを用いて２００ｈごとに電子源１の積算使用時間を読み取る。積算使用時間が保証寿命時間、たとえば5000ｈを越えたら請求項４に記載のように、“電子源の保証寿命を過ぎました。電子源交換の準備をしてください。”という内容のメッセージを表示する。このメッセージにより装置の使用者は、電子源１が実際に寿命となった場合に備えて、交換用の電子銃３を用意することができる。
【００２４】
積算使用時間が保証寿命を越えてからは、定期的にたとえば３時間ごとに放出電流５を読み取る。放出電流５を読み取る場合、電子源１の温度と、電子源１に作用する電界すなわち図１においては引き出し電極４とサプレッサ電極１２に印加する電圧を常に一定とすることが必要である。読み取った放出電流５は１つ前の放出電流５のデータとの大小比較を行い、１つ前の放出電流５のデータよりも小さい場合は、放出電流５が減少を開始したと判断し、たとえば１時間ごとに“電子源の寿命です。電子源（電子銃）を２４時間以内に交換してください。”という内容のアラームを強制的に表示する。表示中の“２４時間”は表示の回数ごとに２３時間，２２時間・・・と減少させていく。
【００２５】
このアラームの表示から電子源１または電子銃３の交換までは、引き出し電圧を調整するなどの手段により、装置に必要な放出電流を確保することができる。また交換用の新しい電子銃３が既に準備してあるので、電子銃３をスムーズに交換することができる。上記の、放出電流５が減少を開始したという判断は、ノイズなどの影響を受けないようにする必要があるので、たとえば放出電流５が連続して２回１つ前のデータよりも小さい場合に減少開始と判断したり、１時点の放出電流５のデータとして複数回の読み取り値の平均を用いたりなどの手段を講じてもよい。上述のように、電子源１の実際の寿命直前まで装置を使用することができ、従来のような、寿命よりかなり前に電子源１を交換するという無駄がなく、かつ電子源１または電子銃３の交換に際してダウンタイムを必要最小限におさえることができる。
【００２６】
次に本発明の他の実施例について説明する。本実施例における電子線装置では、電子源の寿命時期を放出電流の変化により検知する。寿命より充分前のショットキー電子源の放出電流は、電子源の使用温度や電子源に作用する電界が同一の条件であればきわめて安定で、一定もしくはわずかな増加傾向を示す。一方、拡散物が蒸発してなくなる直前、すなわち寿命直前の放出電流は、拡散物の拡散と蒸発に要する時間に対応して徐々に減少していき、最後に０となる。これが電子源の実際の寿命である。従って、放出電流の減少開始時期がわかれば、電子源の実際の寿命時期が間近であることが判断できる。
【００２７】
ジルコニウムと酸素を用いたショットキー電子源の、標準的な使用温度は、J.Vac.Sci.Technol.B 1985.Jan/Feb.Vol.3.No.1,p.221 に見られるように１８００Ｋである。１８００Ｋで使用した場合、放出電流の減少開始から０となるまでの時間は２時間程度であることを実験的に確かめた。
【００２８】
しかしながら、２時間前に寿命を判断できても、電子源や電子銃の交換はすぐ実施できないため、装置を使用できない不意なダウンタイムが生じてしまう。電子源または電子銃の交換を準備するには、放出電流が０となる少なくとも２４時間前に寿命の判断ができることが必要である。一方、拡散物の単位時間当たりの蒸発量は主に電子源の使用温度に依存する。
【００２９】
本発明実施例装置では、放出電流の減少開始に基づいて、電子源の使用温度を低くすることで、放電電流減少開始から、０となるまでの時間を長くすることができる。
【００３０】
（１)式は、金属の蒸発量を示す式である(JJAPvol.26,No.4,1987,pp.L253-L254)。
【００３１】
蒸発量＝Ａ×蒸気圧×Ｔ1/2×（１／Ｍｄ1/2）×時間            （１）
ここで、Ａは係数、Ｔは温度、Ｍｄは原子量を表わす。（１）式において、金属をジルコニウムとして考え、前述の１８００Ｋで使用した場合における、放出電流減少開始から１時間経過した時点までを、装置の使用できる限界と設定する。この１時間に蒸発するジルコニウムと同量が蒸発するに要する時間を、使用温度を１６５０Ｋとした場合について見積もる。蒸気圧も温度の関数であるので、ジルコニウムの蒸気圧、１８００Ｋでは約２.６×１０-8mmＨｇ 、１６５０Ｋでは約６×１０-10mmＨｇ を使用すると、１６５０Ｋでは４５時間を要し、電子源や電子銃の交換の準備をするのに十分な時間である。
【００３２】
放出電流の減少開始から電子源や電子銃の交換までは、電子源に印加する引き出し電圧などを調整することで所望の放出電流、たとえば電子顕微鏡で必要とされる照射電流を確保することができるので、装置がただちに使用できなくなるという、不意なダウンタイムは生じない。但し、標準的な使用温度ではないので、なるべく早く、電子源を交換した方が良い。そのため、先の実施例に記載した、電子源交換の為の注意喚起表示を行うと良い。
【００３３】
上記のように、電子源の使用温度を１７００Ｋ以下とすることに加え、電子源からの放出電流を測定し、放出電流の減少時期を検知することで電子源の寿命を事前に知ることができる。放出電流の減少を検知したら、電子源または電子銃を交換すべき時期がきたことを知らせるアラーム表示をすることにより、電子源を実際の寿命まで使用でき、しかも装置の不意なダウンタイムを発生させずに電子源や電子銃の交換をスムーズに実行できる。
【００３４】
なお、上述の、電子源の寿命を判断するのに使用する放出電流は、安定していることが要求されるので、電子顕微鏡などで使用される照射電流などの、局所的な放出電流ではなく、電子源から引き出し電極に流れる電子など、なるべく電子源からの全放出電流に近いものが良い。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によると、ショットキー電子源を使用した電子線装置において、電子源寿命による不意なダウンタイムを防ぎ、電子源または電子銃を最適な時期に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子線装置の概略構成図。
【図２】積算使用時間表示の実施例。
【図３】時間のグラフィック表示の実施例。
【図４】交換予定月日の表示の実施例。
【図５】電子源交換を促すメッセージの表示例。
【図６】電子源交換を促すメッセージを表示するフローチャート。
【図７】放出電流から電子源の寿命を判断し、それを表示するフローチャート。
【符号の説明】
１…電子源、２…電源、３…電子銃、４…引き出し電極、５…放出電流、６…タイマ、７…制御ＣＰＵ、８…上位ＣＰＵ、９…表示装置、１０…レンズ、１１…ターゲット、１２…サプレッサ電極、１３…真空遮断弁。
【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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