(57)【要約】【課題】  加熱されたフィラメントからの輻射熱や電子衝突が生じても、台座からの放出ガスに起因するフィラメントの消耗や劣化を防止することができ、これによりフィラメントの寿命が不要に短縮されることのないフィラメントアセンブリを提供すること。【解決手段】  本発明におけるフィラメントアセンブリ１１は、台座１２と、台座１２に取り付けられたフィラメント支持部１３と、フィラメント支持部１３に支持されたフィラメント１５とを備え、フィラメント１５が配置される側の台座表面１２ａに、台座１２からのガス放出防止用の被膜１７が形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台座と、台座に取り付けられたフィラメント支持部と、フィラメント支持部に支持されたフィラメントとを備えたフィラメントアセンブリにおいて、フィラメントが配置される側の台座表面に、台座からのガス放出防止用の被膜が形成されていることを特徴とするフィラメントアセンブリ。
【請求項２】
前記被膜は、金、白金、若しくはチタンからなることを特徴とする請求項１記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項３】
前記被膜は、１０〜１０００ｎｍの膜厚で形成されていることを特徴とする請求項２記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項４】
前記被膜は、イオンプレーティング、スパッタリング、若しくは蒸着により形成されていることを特徴とする請求項２若しくは３記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項５】
前記被膜は、窒化シリコンからなることを特徴とする請求項１記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項６】
前記被膜は、ＣＶＤ法により形成されていることを特徴とする請求項５記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項７】
前記台座は、アルミナからなることを特徴とする請求項１乃至６何れか記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項８】
台座と、台座に取り付けられたフィラメント支持部と、フィラメント支持部に支持されたフィラメントとを備えたフィラメントアセンブリにおいて、台座が窒化シリコンからなることを特徴とするフィラメントアセンブリ。
【請求項９】
前記フィラメントは、ヘアピンフィラメント、ポイントフィラメント、シャープドフィラメント、若しくはセミポイントフィラメントの内の何れかの形態を有することを特徴とする請求項１乃至８何れか記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項１０】
請求項１乃至９何れか記載のフィラメントアセンブリを具備する電子銃。
【請求項１１】
請求項１０記載の電子銃を具備する電子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子を放出するためのフィラメントアセンブリ及び当該フィラメントアセンブリを備えた電子銃並びに当該電子銃を具備した電子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査形電子顕微鏡等の電子ビーム装置においては、試料に電子ビームを照射し、これにより試料の情報を取得したり、試料に対して所定の処理を施すことを行っている。このような電子ビーム装置では、電子ビームを所定の加速電圧で加速した状態で試料に向けて放出するための電子銃が備えられている。
【０００３】
この電子銃において、熱電子放出フィラメントが使用された熱電子銃がある。この熱電子銃は、熱電子放出フィラメント（以下、フィラメントという）を有するフィラメントアセンブリを備えている。
【０００４】
フィラメントアセンブリは、台座と、台座に取り付けられたフィラメント支持部と、フィラメント支持部に支持されたフィラメントとを備えている。フィラメントの一例としては、多結晶タングステン（Ｗ）から構成されたヘアピン形状のものがある。
【０００５】
そして、熱電子銃が電子ビーム装置に搭載された後、この熱電子銃内部を真空引きし、所定の真空雰囲気下においてフィラメントに加熱用電流を流し、これにより当該フィラメントにおけるヘアピン形状部の先端を２７００℃程度に加熱する。
【０００６】
このようにして加熱されたフィラメントの先端からは熱電子が放出される。放出された熱電子は、熱電子銃内において所定の加速電圧により加速されて電子ビームとなる。この電子ビームは、電子ビーム装置に設けられた電子光学系を介して、電子ビーム装置内に配置された試料に照射される。
【０００７】
このようにフィラメントの先端が加熱された状態で、熱電子銃の使用を継続していた場合、フィラメントがその寿命に達して切れるという現象が生じる。このような場合には、熱電子銃に取り付けられているフィラメントの交換を行うこととなる。
【０００８】
このフィラメントの平均寿命としては、上記の例（ヘアピン形状のフィラメント）においては、５０〜１００時間程度となっている。よって、この平均寿命を長くして、フィラメントの交換頻度を小さくすることが望まれている。
【０００９】
なお、熱電子放出フィラメントの平均寿命を長くする目的で、フィラメントの表面に複数の金属膜を融点の高い順に内側から外側に積層して合金化することも提案されている（特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−６７０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
電子ビーム装置に搭載された熱電子銃の使用を継続すると、この熱電子銃内での真空雰囲気下において加熱されたフィラメントからの輻射熱や電子衝突により、フィラメント側に位置する台座の表面が加熱されることとなる。ここで、この台座はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から構成されているので、台座に含有されている酸素が、加熱された台座からの放出ガスとしてフィラメント側に放出されることとなる。
【００１２】
このように台座から放出された酸素は、熱電子銃の使用の継続中において、加熱されたフィラメントの消耗や劣化を引き起こすこととなり、フィラメントの寿命を短くする原因となっている。なお、熱電子銃の使用中において、フィラメントの消耗や劣化を引き起こすこととなる放出ガスとしては、酸素の他に水蒸気等も考えられる。
【００１３】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、加熱されたフィラメントからの輻射熱や電子衝突が生じても、台座からの放出ガスに起因するフィラメントの消耗や劣化を防止することができ、これによりフィラメントの寿命が不要に短縮されることのないフィラメントアセンブリを提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、このようなフィラメントアセンブリを備えた電子銃並びに当該電子銃を具備した電子ビーム装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に基づく一のフィラメントアセンブリは、台座と、台座に取り付けられたフィラメント支持部と、フィラメント支持部に支持されたフィラメントとを備えたフィラメントアセンブリにおいて、フィラメントが配置される側の台座表面に、台座からのガス放出防止用の被膜が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に基づく他のフィラメントアセンブリは、台座と、台座に取り付けられたフィラメント支持部と、フィラメント支持部に支持されたフィラメントとを備えたフィラメントアセンブリにおいて、台座が窒化シリコンからなることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明に基づく電子銃は、上記何れかのフィラメントアセンブリを備えたことを特徴とする。
【００１８】
そして、本発明に基づく電子ビーム装置は、上記電子銃を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一のフィラメントアセンブリにおいては、フィラメントが配置される側の台座表面に、台座からのガス放出防止用の被膜が形成されている。
【００２０】
よって、加熱されたフィラメントからの輻射熱や電子衝突が生じても、台座からの放出ガスがガス放出防止用の被膜によって遮断されることとなり、台座からの放出ガスに起因するフィラメントの消耗や劣化を防止することができる。これにより、フィラメントの寿命が不要に短縮されることを防ぐことができる。
【００２１】
また、本発明の他のフィラメントアセンブリにおいては、台座が窒化シリコンからなる。
【００２２】
よって、台座を構成する材料の組成に酸素が含まれていないので、加熱されたフィラメントからの輻射熱や電子衝突が生じても、酸素等の放出ガスが台座から放出されることがない。これにより、フィラメントの消耗や劣化を防止することができ、フィラメントの寿命が不要に短縮されることを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明における電子ビーム装置を示す概略構成図である。本実施の形態において、当該電子ビーム装置は、走査形電子顕微鏡の例である。
【００２５】
この電子ビーム装置は、電子銃１を備えている。電子銃１は、図示しないフィラメントアセンブリを備えており、フィラメントアセンブリに取り付けられたフィラメントから電子が引き出される。
【００２６】
本実施の形態においては、電子銃１は、熱電子放出フィラメントが使用された熱電子銃とされている。この熱電子銃においては、内部に設けられたフィラメントに加熱用電流（例えば２〜３Ａ）を流して、後述するフィラメントの先端部を２７００〜２８００℃程度に加熱する。このとき、熱電子銃内部の真空引きが行われ、フィラメントは所定の真空雰囲気（圧力が１×１０−３Ｐａ以下の雰囲気）に置かれる。この状態で、フィラメントから電子が引き出される。
【００２７】
このようにして引き出された電子は、電子銃１内において加速され、電子ビーム７として電子銃１から試料６に向けて放出される。
【００２８】
電子銃１から放出された電子ビーム７は、集束レンズ２及び対物レンズ４によって試料６上に細く集束された状態で照射される。このとき、走査コイル３により電子ビーム７は適宜偏向される。これにより、電子ビーム１は試料６上を走査することとなる。ここで、集束レンズ２、走査コイル３、及び対物レンズ４により電子光学系９が構成される。
【００２９】
電子ビーム７が走査された試料６からは、２次電子等の被検出電子８が発生する。この被検出電子８は、電子検出器５により検出される。そして、電子検出器５による被検出電子８の検出結果に基づいて試料８の走査像が作成される。
【００３０】
上記構成からなる電子ビーム装置に搭載された電子銃１には、上述のごとく、フィラメントアセンブリが備えられている。
【００３１】
本発明におけるフィラメントアセンブリの第１実施例の構成を図２に示す。同図において、１１はフィラメントアセンブリである。
【００３２】
このフィラメントアセンブリ１１は、絶縁体から構成される台座１２を備えている。この台座１２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から構成されている。そして、金属からなる２本のステムポール１３（フィラメント支持部）が、この台座１２を貫通するように取り付けられている。これらのステムポール１３は、台座１２に溶着材料１４によって溶着されている。
【００３３】
ステムポール１３の先端部１３ａには、多結晶タングステン（Ｗ）から構成されるフィラメント１５の基端部が取り付けられている。このフィラメント１５はペアピン形状となっている。そして、ヘアピン形状とされた当該フィラメント１５の先端部１６から電子が引き出されるようになっている。フィラメント１５の直径は１００〜１５０μｍである。
【００３４】
本発明においては、フィラメント１５が配置される側の台座１２の表面（台座表面）１２ａには、金属被膜（ガス放出防止用の被膜）１７が形成されている。この被膜１７は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、若しくはチタン（Ｔｉ）から構成され、その膜厚は１０〜１０００ｎｍとなっている。
【００３５】
そして、該被膜１７は、イオンプレーティング、スパッタリング、若しくは蒸着により形成されている。この場合、台座表面１２ａにおいて、一方のステムポール１３の周囲部１７ａには、マスキングを施しておく。これにより、被膜１７によって、両ステムポール１３間での短絡が発生することを防止する。
【００３６】
このようなフィラメントアセンブリ１１を備えた電子銃１においては、加熱されたフィラメント１５からの輻射熱や電子衝突が生じても、台座１２からの放出ガスがガス放出防止用の被膜１７によって遮断されることとなり、台座１２からの放出ガスに起因するフィラメント１５の消耗や劣化を防止することができる。これにより、フィラメント１５の寿命が不要に短縮されることを防ぐことができる。
【００３７】
なお、図３に示すように、フィラメントアセンブリ１１の電子銃１への実装時には、フィラメント１５の先端部１６に被膜１７が形成されていてもよい。この場合、当該先端部１６に形成された被膜１７は、上記真空雰囲気における加熱により溶融されて蒸発することとなり、先端部１６からの電子の放出に支障は生じない。
【００３８】
また、図４に示すように、台座１２の周囲を保持するための枠体１８の表面にも被膜１７が形成されていてもよい。
【００３９】
なお、図２及び図４に示すフィラメントアセンブリ１１を構成する台座１２の台座表面１２ａに被膜１７を設ける際には、フィラメントアセンブリ１１の組立後に、当該台座表面１２ａにイオンプレーティング、スパッタリング、若しくは蒸着を施す。
【００４０】
次に、本発明におけるフィラメントアセンブリの変形例の構成を図５に示す。同図において、台座１２は、上記と同様にアルミナから構成されているが、その台座表面１２には窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）からなる絶縁被膜（ガス放出防止用の被膜）１９が形成されている。
【００４１】
このような窒化シリコンからなる被膜１９は、ＣＶＤ法により形成することができる。なお、この場合、窒化シリコンは絶縁性を有するので、一方のステムポール１３の周囲部に対して上述のようなマスキングを施す必要がなく、効率良く被膜１９を形成することができる。
【００４２】
このようなフィラメントアセンブリ１１を備えた電子銃１においても、加熱されたフィラメント１５からの輻射熱や電子衝突が生じた際に、台座１２からの放出ガスがガス放出防止用の被膜１９によって遮断されることとなり、台座１２からの放出ガスに起因するフィラメント１５の消耗や劣化を防止することができる。これにより、フィラメント１５の寿命が不要に短縮されることを防ぐことができる
さらに、本発明におけるフィラメントアセンブリの第２実施例の構成を図６に示す。上述の各例における台座１２は、アルミナから構成されるものであったが、本実施例における台座１２ｂは、窒化シリコンから構成される。
【００４３】
従って、本実施例においては、台座１２ｂを構成する材料の組成に酸素が含まれていない。よって、加熱されたフィラメント１５からの輻射熱や電子衝突が生じても、酸素等の放出ガスが台座１２ｂから放出されることがない。これにより、フィラメント１５の消耗や劣化を防止することができ、フィラメント１５の寿命が不要に短縮されることを防ぐことができる。
【００４４】
なお、上記各例において、フィラメント１５はヘアピンフィラメントの形態を有していたが、これに限らず、例えばポイントフィラメント、シャープドフィラメント、セミポイントフィラメントの内の何れかの形態のものであってもよい。また、フィラメント１５は、多結晶タングステンから構成されるものに限定されず、例えばタングステンとレニウム（Ｒｅ）とからなる合金から構成されるものであってもよい。
【００４５】
さらに、電子銃１として熱電子銃の例として説明したが、熱陰極電界放出銃又は冷陰極電界放出銃の例においても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明における電子ビーム装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施例におけるフィラメントアセンブリの構成を示す図である。
【図３】フィラメントの先端部を示す要部拡大図である。
【図４】台座の周囲に枠体を備えるフィラメントアセンブリの構成を示す図である。
【図５】本発明の変形例におけるフィラメントアセンブリの構成を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例におけるフィラメントアセンブリの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…電子銃、２…集束レンズ、３…走査コイル、４…対物レンズ、５…電子検出器、６…試料、７…電子ビーム、８…被検出電子、１１…フィラメントアセンブリ、１２…台座、１２ａ…台座表面、１３…ステムポール、１４…溶着材料、１５…フィラメント、１６…フィラメント先端部、１７…被膜、１８…枠体、１９…被膜
【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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