(57)【要約】【課題】エミッタと引出電極との間における電子間相互作用の影響を低減できる冷陰極電界放出型電子銃を提供する。【解決手段】冷陰極電界放出型電子銃１００は、エミッタ２と、エミッタ２から電子を引き出す引出電極４と、引出電極４よりもエミッタ２側に配置されているバイアス電極８と、を含み、バイアス電極８に印加される電圧は、可変である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷陰極電界放出型電子銃であって、
エミッタと、
前記エミッタから電子を引き出す引出電極と、
前記引出電極よりも前記エミッタ側に配置されているバイアス電極と、
を含み、
前記バイアス電極に印加される電圧は、可変である、冷陰極電界放出型電子銃。
【請求項２】
請求項１において、
前記バイアス電極と前記引出電極とにより、前記エミッタの先端から電子を放出させるための電界と、前記エミッタと前記引出電極との間において前記エミッタから放出された電子を加速させるための電界と、を形成する、冷陰極電界放出型電子銃。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記エミッタから電子を放出させる際には、
前記バイアス電極には、負の電圧が印加され、
前記引出電極には、正の電圧が印加される、冷陰極電界放出型電子銃。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記エミッタを先鋭化する際には、
前記バイアス電極には、負の電圧が印加され、
前記引出電極には、負の電圧が印加される、冷陰極電界放出型電子銃。
【請求項５】
請求項４において、
前記エミッタは、タングステンチップである、冷陰極電界放出型電子銃。
【請求項６】
エミッタと、前記エミッタから電子を引き出す引出電極と、前記引出電極よりも前記エミッタ側に配置されているバイアス電極と、を含む、冷陰極電界放出型電子銃の調整方法であって、
前記バイアス電極と前記引出電極とによって、前記エミッタの先端から電子を放出させるための電界と、前記エミッタと前記引出電極との間において前記エミッタから放出された電子を加速させるための電界と、を形成して、前記エミッタから電子を放出させる工程を含み、
前記バイアス電極に印加される電圧は、可変である、冷陰極電界放出型電子銃の調整方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記エミッタから電子を放出させる工程は、
所望のエミッション電流が得られるように前記引出電極に印加される第１電圧を設定する工程と、
前記バイアス電極に第１バイアス電圧を印加してエミッション電流を低下させる工程と、
前記バイアス電極に前記第１バイアス電圧を印加してエミッション電流を低下させた状態で、前記所望のエミッション電流が得られるように前記引出電極に印加される第２電圧を設定する工程と、
を含む、冷陰極電界放出型電子銃の調整方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記第２電圧を設定する工程の後に、前記バイアス電極に第２バイアス電圧を印加して
エミッション電流を低下させる工程と、
前記バイアス電極に前記第２バイアス電圧を印加してエミッション電流を低下させた状態で、前記所望のエミッション電流が得られるように前記引出電極に印加される第３電圧を設定する工程と、
を含む、冷陰極電界放出型電子銃の調整方法。
【請求項９】
エミッタと、前記エミッタから電子を引き出す引出電極と、前記引出電極よりも前記エミッタ側に配置されているバイアス電極と、を含む冷陰極電界放出型電子銃におけるエミッタの先鋭化方法であって、
前記引出電極と前記バイアス電極とによって前記エミッタの先端に電界を形成した状態で、前記エミッタの先端を加熱し、
前記バイアス電極に印加される電圧は、可変である、エミッタの先鋭化方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記引出電極には負の電圧が印加され、前記バイアス電極には負の電圧が印加される、エミッタの先鋭化方法。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
前記エミッタは、タングステンチップである、エミッタの先鋭化方法。
【請求項１２】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の冷陰極電界放出型電子銃を含む、電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極電界放出型電子銃、冷陰極電界放出型電子銃の調整方法、エミッタの先鋭化方法、および電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷陰極電界放出型電子銃（ｃｏｌｄ  ｃａｔｈｏｄｅ  ｆｉｅｌｄ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ
ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｇｕｎ）は、エミッタに常温で強電界を印加しトンネル効果により電子を放出させる電子銃である。冷陰極電界放出型電子銃から放出される電子のエネルギー幅は、熱電界放出型電子銃や、ショットキー型電子銃よりも狭いので、電子エネルギー損失分光（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｅｎｅｒｇｙ−ｌｏｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＥＬＳ）において高いエネルギー分解能が得られる。また、冷陰極電界放出型電子銃では、ショットキー型電子銃よりも微小な電子プローブを形成することができる。
【０００３】
冷陰極電界放出型電子銃は、高輝度で高分解能な電子顕微鏡に搭載される（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８２４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図８は、従来の冷陰極電界放出型電子銃（電子銃１０１）の構成の一例を示す図である。
【０００６】
電子銃１０１は、エミッタ１０２と、エミッタ１０２の表面（先端）に強電界を形成する引出電極１０４と、引出電源１０６と、を含んで構成されている。電子銃１０１では、引出電源１０６で引出電極１０４とエミッタ１０２との間に引出電圧を印加することによって、エミッタ１０２の表面に強電界を発生させる。これにより、エミッタ１０２から電子を引き出すことができる。エミッタ１０２から引き出された電子は、引出電極１０４まで加速された後、加速電極（図示せず）などで加速される。
【０００７】
電子銃１０１では、エミッタ１０２の先端を尖らせることにより、エミッタ１０２の先端に電界を集中させ、強い表面電界を実現している。そのため、エミッタ１０２の先端から離れると電界が弱くなる。この結果、エミッタ１０２から引き出された電子は、エミッタ１０２と引出電極１０４との間で比較的ゆっくりと加速される。電子の速度が遅く、電流密度が高い状態が続くと、エミッタ１０２から放出された電子は、電子間相互作用の影響を受け、輝度の低下やエネルギー幅の増大を招く。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、電子間相互作用の影響を低減できる冷陰極電界放出型電子銃を提供することにある。
【０００９】
また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、電子間相互作用の影響を低減できる冷陰極電界放出型電子銃の調整方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、電子間相互作用の影響を低減できる冷陰極電界放出型電子銃におけるエミッタの先鋭化方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記の冷陰極電界放出型電子銃を含む電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る冷陰極電界放出型電子銃は、
冷陰極電界放出型電子銃であって、
エミッタと、
前記エミッタから電子を引き出す引出電極と、
前記引出電極よりも前記エミッタ側に配置されているバイアス電極と、
を含み、
前記バイアス電極に印加される電圧は、可変である。
【００１３】
このような冷陰極電界放出型電子銃では、バイアス電極によってエミッタの表面（先端）の電界を弱くすることができるため、エミッタの表面の電界を所望の強さに保ったまま、引出電圧を高くすることができる。すなわち、バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより、バイアス電極が設けられない場合と比べて、引出電圧をより高くすることができる。したがって、エミッタと引出電極との間に形成される電界を強くすることができ、エミッタと引出電極との間で電子をより加速させることができる。よって、このような電子銃では、電子間相互作用の影響を低減でき、輝度の低下やエネルギー幅の増大を低減できる。
【００１４】
さらに、このような電子銃では、バイアス電極に印加される電圧は、可変であるため、エミッタの表面（先端）に形成される電界、およびエミッタと引出電極との間に形成される電界を幅広く制御することができる。
【００１５】
本発明に係る冷陰極電界放出型電子銃の調整方法は、
エミッタと、前記エミッタから電子を引き出す引出電極と、前記引出電極よりも前記エミッタ側に配置されているバイアス電極と、を含む、冷陰極電界放出型電子銃の調整方法であって、
前記バイアス電極と前記引出電極とによって、前記エミッタの先端から電子を放出させるための電界と、前記エミッタと前記引出電極との間において前記エミッタから放出された電子を加速させるための電界と、を形成して、前記エミッタから電子を放出させる工程を含み、
前記バイアス電極に印加される電圧は、可変である。
【００１６】
このような冷陰極電界放出型電子銃の調整方法では、所望の引出電圧および所望のエミッション電流が得られるように、電子銃を調整することができる。したがって、電子間相互作用の影響が低減されるように電子銃を調整することができる。また、エミッタの表面に形成される電界、およびエミッタと引出電極との間に形成される電界を幅広く制御することができる。
【００１７】
本発明に係るエミッタの先鋭化方法は、
エミッタと、前記エミッタから電子を引き出す引出電極と、前記引出電極よりも前記エミッタ側に配置されているバイアス電極と、を含む冷陰極電界放出型電子銃におけるエミッタの先鋭化方法であって、
前記引出電極と前記バイアス電極とによって前記エミッタの先端に電界を形成した状態で、前記エミッタの先端を加熱し、
前記バイアス電極に印加される電圧は、可変である。
【００１８】
このようなエミッタの先鋭化方法では、バイアス電極に印加される電圧は可変であるため、引出電極とバイアス電極とによってエミッタの先端に電界を形成した状態で、エミッタの先端を加熱することができる。したがって、エミッタ（チップ）に強電界を印加した状態で加熱することにより（すなわちビルドアップにより）、エミッタ（チップ）の先端を先鋭化することができる。
【００１９】
本発明に係る電子顕微鏡は、
本発明に係る冷陰極電界放出型電子銃を含む。
【００２０】
このような電子顕微鏡によれば、本発明に係る電子銃を含むため、電子線の輝度の低下や、電子線のエネルギー幅の増大を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る電子銃の構成を示す図。
【図２】電子銃の動作を説明するための図。
【図３】参考例として、バイアス電極がエミッタと同電位に固定でされている場合を示す図。
【図４】本実施形態に係る電子銃の調整方法の一例を示すフローチャート。
【図５】本実施形態に係るエミッタの先鋭化方法の一例を示すフローチャート。
【図６】エミッタを先鋭化する際の電子銃の動作について説明するための図。
【図７】本実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。
【図８】従来の冷陰極電界放出型電子銃の構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２３】
１．  電子銃
まず、本実施形態に係る電子銃について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る電子銃１００の構成を示す図である。
【００２４】
電子銃１００は、冷陰極電界放出型電子銃である。冷陰極電界放出型電子銃は、エミッタ２に、常温で強電界を印加しトンネル効果により電子を放出させる電子銃である。
【００２５】
電子銃１００は、図１に示すように、エミッタ２と、引出電極４と、引出電源６と、バイアス電極８と、バイアス電源１０と、を含む。
【００２６】
エミッタ２は、電子の放出源、すなわち陰極である。エミッタ２は、例えば、タングステンチップである。
【００２７】
引出電極４は、エミッタ２から電子を引き出すための電極である。エミッタ２と引出電極４との間に、引出電源６によって引出電圧が印加されることにより、エミッタ２の表面（先端）に強電界が発生する。この強電界によりエミッタ２から電子が引き出される。引出電圧は、エミッタ２の表面から電子を引き出すために、エミッタ２の表面に形成される電界をつくる電圧である。
【００２８】
引出電源６は、引出電圧を印加するための電源である。引出電源６によって引出電極４
には正の電圧が印加される。また、エミッタ２を先鋭化する際には、引出電源６によって引出電極４には負の電圧が印加される。エミッタ２の先鋭化については、後述する。
【００２９】
バイアス電極８は、引出電極４よりもエミッタ２側に配置されている。バイアス電極８は、エミッタ２の近傍に配置されている。バイアス電極８には、バイアス電源１０によってバイアス電圧が印加される。例えば、バイアス電極８にバイアス電圧（負の電圧）を印加することで、エミッタ２の表面の電界を弱めることができる。
【００３０】
バイアス電極８に印加されるバイアス電圧は、可変である。バイアス電極８の電位を正負に変化させることは、バイアス電極８の位置を引出電極４に近づけたり、バイアス電極８の位置を引出電極４から遠ざけたりすることと同じ効果がある。バイアス電極８の電位を制御することにより、エミッタ２の表面に形成される電界、およびエミッタ２と引出電極４との間に形成される電界を、幅広く制御することができる。
【００３１】
バイアス電源１０は、バイアス電圧を印加するための電源である。バイアス電源１０によってバイアス電極８にバイアス電圧が印加される。
【００３２】
電子銃１００は、さらに、引出電極４によって引き出された電子を加速するための加速電極（図示せず）を備えていてもよい。加速電極は、引出電極４の後方に配置される。すなわち、電子銃１００では、エミッタ２側から、バイアス電極８、引出電極４、加速電極の順で配置されている。
【００３３】
次に、電子銃１００の動作について説明する。図２は、電子銃１００の動作を説明するための図である。
【００３４】
電子銃１００では、図２に示すように、エミッタ２から電子を放出させる場合、バイアス電極８には負の電圧（バイアス電圧）が印加され、引出電極４には正の電圧（引出電圧）が印加される。すなわち、バイアス電極８にはエミッタ２の表面（先端）の電界を弱めるような電圧が印加され、引出電極４にはエミッタ２から電子を引き出すための電圧が印加される。これにより、バイアス電極８と引出電極４とによって、エミッタ２の表面から電子を放出させるための電界と、エミッタ２と引出電極４との間においてエミッタ２から放出された電子を加速させるための電界と、が形成される。
【００３５】
バイアス電極８にバイアス電圧が印加されることにより、バイアス電極８が設けられない場合と比べて（図８参照）、エミッタ２の表面に形成される電界の強さが同じ場合には、引出電圧をより高くすることができる。したがって、電子銃１００では、エミッタ２と引出電極４との間に形成される電界を強くすることができる。この結果、エミッタ２と引出電極４との間で電子をより加速させることができる。
【００３６】
ここで、電子銃１００では、エミッタ２の径が使用に伴って変化する。また、例えば、電子銃１００では、フラッシングによってもエミッタ２の径が変化する。フラッシングとは、エミッタ２の表面の吸着ガスやイオンスパッタによる微細な突起をエミッタ２を瞬間的に高温にして除去する処理である。フラッシングを行うとエミッタ２の径が大きくなる。
【００３７】
エミッタ２の径が変化すると、エミッタ２の表面に形成される電界が変化する。具体的には、エミッタ２の径が大きくなると、エミッタ２の表面の電界は弱くなり、エミッタ２の径が大きくなると、エミッタ２の表面の電界は強くなる。
【００３８】
電子銃１００では、バイアス電極８に印加されるバイアス電圧が可変である。そのため
、エミッタ２の径の変化に応じてバイアス電圧を変化させることで、エミッタ２の径が変化しても、所望の引出電圧および所望のエミッション電流を得ることができる。エミッション電流とは、電子銃から放出される電子量（電流）である。
【００３９】
電子銃１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４０】
電子銃１００は、エミッタ２と、エミッタ２から電子を引き出す引出電極４と、引出電極４よりもエミッタ２側に配置されているバイアス電極８と、を含む。そのため、バイアス電極８によってエミッタ２の表面の電界を弱くすることができ、エミッタ２の表面の電界を所望の強さに保ったまま、引出電圧を高くすることができる。すなわち、バイアス電極８にバイアス電圧を印加することにより、バイアス電極８が設けられない場合と比べて、引出電圧をより高くすることができる。したがって、エミッタ２と引出電極４との間に形成される電界を強くすることができ、エミッタ２と引出電極４との間で電子をより加速させることができる。よって、電子銃１００では、電子間相互作用の影響を低減でき、輝度の低下やエネルギー幅の増大を低減できる。
【００４１】
さらに、電子銃１００では、バイアス電極８に印加されるバイアス電圧は、可変である。そのため、電子銃１００では、エミッタ２の表面に形成される電界、およびエミッタ２と引出電極４との間に形成される電界（加速場の分布）を幅広く制御することができる。
【００４２】
図３は、参考例として、バイアス電極８がエミッタ２と同電位に固定でされている場合を示す図である。
【００４３】
バイアス電極８がエミッタ２と同電位に固定されている場合でも、バイアス電極８によってエミッタ２の表面の電界を弱くすることができ、エミッタ２の表面の電界を所望の強さに保ったまま、引出電圧を高くすることができる。これにより、エミッタ２と引出電極４との間に形成される電界を強くすることができ、電子を加速させることができる。この結果、電子間相互作用の影響を低減できる。
【００４４】
バイアス電極８によるエミッタ２の表面に形成される電界への作用は、エミッタ２とバイアス電極８との間の距離（バイアス電極８の位置）に依存する。そのため、バイアス電極８がエミッタ２と同電位に固定されている場合、エミッタ２の表面に適切な電界が形成されるように、バイアス電極８の位置を調整しなければならない。また、バイアス電極８の位置が調整できたとしても、エミッタ２の径は、電子銃１００の使用に伴って変化してしまう。エミッタ２の径が使用に伴って変化してしまうと、バイアス電極８によってエミッタ２の先端に適切な電界を形成することができない。その結果、例えば、電子銃を使用できる期間が短くなる。
【００４５】
これに対して、電子銃１００では、バイアス電圧が可変であるため、エミッタ２の径に応じてバイアス電圧を変化させることができる。そのため、電子銃を使用できる期間を長くできる。また、バイアス電圧の変化は、バイアス電極８の位置の変化に対応するため、バイアス電極８の位置を厳密に調整する必要がない。
【００４６】
電子銃１００では、エミッタ２から電子を放出させる際には、バイアス電極８には負の電圧が印加され、引出電極４には正の電圧が印加される。これにより、バイアス電極８によってエミッタ２の表面の電界を弱くすることができ、エミッタ２の表面の電界を所望の強さに保ったまま、引出電圧を高くすることができる。この結果、電子間相互作用の影響を低減でき、輝度の低下やエネルギー幅の増大を低減できる。
【００４７】
電子銃１００では、エミッタ２は、タングステンチップである。そのため、電子銃１０
０では、後述するように、ビルドアップを用いてエミッタ２の先鋭化が可能である。
【００４８】
２．  電子銃の調整方法
次に、電子銃１００の調整方法について説明する。電子銃１００では、電子銃１００を動作させる前に、所望の引出電圧および所望のエミッション電流が得られるように、バイアス電極８に印加される電圧（バイアス電圧）および引出電極４に印加される電圧（引出電圧）が調整される。
【００４９】
電子銃１００の調整方法では、バイアス電極８と引出電極４とによって、エミッタ２の表面から電子を放出させるための電界と、エミッタ２と引出電極４との間においてエミッタ２から放出された電子を加速させるための電界と、を形成して、エミッタ２から電子を放出させる。以下、電子銃１００の調整方法の詳細について説明する。
【００５０】
図４は、本実施形態に係る電子銃１００の調整方法の一例を示すフローチャートである。
【００５１】
まず、バイアス電極８にバイアス電圧を印加しない状態で、所望のエミッション電流が得られるように、引出電極４に印加される電圧（第１電圧、引出電圧）を設定する（Ｓ１００）。これにより、所望のエミッション電流が得られる。
【００５２】
次に、所望のエミッション電流が得られるように引出電極４に設定された電圧（第１電圧）を印加した状態で、バイアス電極８にバイアス電圧（第１バイアス電圧）を印加する（Ｓ１０２）。これにより、エミッタ２の表面に形成された電界が弱くなり、エミッション電流が低下する。
【００５３】
次に、バイアス電極８にバイアス電圧（第１バイアス電圧）が印加された状態で、所望のエミッション電流が得られるように、引出電極４に印加される電圧（第２電圧、引出電圧）を設定する（Ｓ１０４）。
【００５４】
これにより、バイアス電極８にバイアス電圧（第１バイアス電圧）が印加された状態で、所望のエミッション電流が得られる。このとき、第２電圧は、第１電圧よりも高い。このように、本工程では、エミッタ２の表面に形成される電界を所望の強さに保ったまま、バイアス電極８にバイアス電圧（第１バイアス電圧）が印加される前と比べて、引出電圧を高くすることができる。
【００５５】
次に、所望のエミッション電流が得られるように引出電極４に設定された電圧（第２電圧）を印加した状態で、バイアス電極８にバイアス電圧（第２バイアス電圧）を印加する（Ｓ１０６）。これにより、エミッション電流が低下する。このとき、第２バイアス電圧（絶対値）は、第１バイアス電圧（絶対値）よりも大きい。
【００５６】
次に、バイアス電極８にバイアス電圧（第２バイアス電圧）が印加された状態で、所望のエミッション電流が得られるように、引出電極４に印加される電圧（第３電圧、引出電圧）を設定する（Ｓ１０８）。
【００５７】
これにより、バイアス電極８にバイアス電圧（第２バイアス電圧）が印加された状態で、所望のエミッション電流が得られる。このとき、第３電圧は、第２電圧よりも高い。このように、本工程では、エミッタ２の表面に形成される電界を所望の強さに保ったまま、引出電圧をさらに高くすることができる。
【００５８】
所望のエミッション電流が得られるように引出電極４に設定された電圧を印加した状態
で、バイアス電極８にバイアス電圧を印加する工程（Ｓ１０６）、およびバイアス電極８にバイアス電圧が印加された状態で引出電極４に印加される電圧（引出電圧）を設定する工程（Ｓ１０８）を、引出電圧が所望の値となるまで繰り返し行う。そして、引出電圧が所望の電圧となった場合（Ｓ１１０のＹｅｓ）に、電子銃１００の調整を終了する。
【００５９】
以上の工程により、電子銃１００を調整することができる。
【００６０】
上記の調整を行うことにより、所望の引出電圧および所望のエミッション電流が得られる。
【００６１】
電子銃１００の調整方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００６２】
電子銃１００の調整方法は、バイアス電極８と引出電極４とによって、エミッタ２の先端（表面）から電子を放出させるための電界と、エミッタ２と引出電極４との間においてエミッタ２から放出された電子を加速させるための電界と、を形成して、エミッタ２から電子を放出させる工程を含む。そのため、電子銃１００の調整方法によれば、所望の引出電圧および所望のエミッション電流が得られるように、電子銃１００を調整することができる。したがって、電子間相互作用の影響が低減されるように電子銃を調整することができる。また、エミッタ２の表面に形成される電界、およびエミッタ２と引出電極４との間に形成される電界を幅広く制御することができる。
【００６３】
電子銃１００の調整方法では、所望のエミッション電流が得られるように引出電極４に印加される電圧（第１電圧）を設定する工程と、バイアス電極８にバイアス電圧（第１バイアス電圧）を印加してエミッション電流を低下させる工程と、バイアス電極８にバイアス電圧（第１バイアス電圧）を印加してエミッション電流を低下させた状態で、所望のエミッション電流が得られるように引出電極４に印加される電圧（第２電圧）を設定する工程と、を含む。
【００６４】
さらに、電子銃１００の調整方法では、バイアス電極８にバイアス電圧（第２バイアス電圧）を印加してエミッション電流を低下させる工程と、バイアス電極８にバイアス電圧（第２バイアス電圧）を印加してエミッション電流を低下させた状態で、所望のエミッション電流が得られるように引出電極４に印加される電圧（第３電圧）を設定する工程と、を含む。
【００６５】
そのため、電子銃１００の調整方法では、所望の引出電圧および所望のエミッション電流が得られるように、電子銃１００を調整することができる。
【００６６】
３．  エミッタの先鋭化方法
次に、エミッタ２の先鋭化方法について説明する。本実施形態では、エミッタ２としてタングステンチップが用いられているものとし、エミッタ２の先鋭化方法としてビルドアップを用いた場合について説明する。ビルドアップは、チップに強電界を印加した状態で加熱することにより、チップの先端を先鋭化する手法である。
【００６７】
図５は、本実施形態に係るエミッタの先鋭化方法の一例を示すフローチャートである。図６は、エミッタ２を先鋭化する際の電子銃１００の動作について説明するための図である。
【００６８】
まず、フラッシングを行う（Ｓ２００）。具体的には、エミッタ２を瞬間的に高温にする。これにより、エミッタ２の表面の吸着ガスやイオンスパッタによる微細な突起を除去することができる。なお、フラッシングによりエミッタ２の径は、大きくなる。
【００６９】
次に、引出電極４に負の電圧を印加し、バイアス電極８に負の電圧を印加して、エミッタ２の表面（先端）に強電界を形成する（Ｓ２０２）。このとき、引出電極４には負の電圧が印加されているため、エミッタ２から電子が放出されない。本実施形態では、引出電極４に加えてバイアス電極８を用いて、エミッタ２の表面に強電界を形成するため、引出電極４のみで強電界を形成する場合と比べて、エミッタ２の表面に強電界を容易に形成することができる。
【００７０】
次に、引出電極４とバイアス電極８とによってエミッタ２の表面に強電界を形成した状態で、エミッタ２を加熱する（Ｓ２０４）。これにより、エミッタ２を先鋭化することができる。例えば、エミッタ２の先端に突起（例えば単原子の突起や、数個程度の原子からなる突起）を形成することができる。
【００７１】
次に、引出電極４の極性を変える（Ｓ２０６）。すなわち、引出電極４に正の電圧（引出電圧）を印加する。これにより、電子銃１００をエミッタ２から電子を放出できる状態（図２参照）にすることができる。
【００７２】
以上の工程により、エミッタ２を先鋭化することができる。
【００７３】
本実施形態に係るエミッタの先鋭化方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００７４】
本実施形態に係るエミッタの先鋭化方法では、引出電極４とバイアス電極８とによってエミッタ２の先端に電界を形成した状態で、エミッタ２の先端を加熱する。電子銃１００では、バイアス電極８に印加される電圧は可変であるため、引出電極４とバイアス電極８とによって、エミッタ２の表面（先端）に強電界を形成した状態でエミッタ２の先端（表面）を加熱することができる（ビルドアップ）。したがって、容易に、エミッタ２（タングステンチップ）を先鋭化できる。
【００７５】
例えば、バイアス電極８がエミッタ２と同電位に固定されており、バイアス電極８の位置が、エミッタ２が先鋭化された状態に最適化されている場合（図３参照）、エミッタ２の先鋭化を行う際に、エミッタ２の表面に適切な電界を形成することができない。
【００７６】
これは、エミッタ２の表面に強電界を形成する際には、フラッシングによってエミッタ２の径が大きくなっているためである。エミッタ２が先鋭化された状態に最適化されているバイアス電極８では、フラッシングにより径が大きくなったエミッタ２に対して強電界を印加することは困難である。
【００７７】
これに対して、本実施形態では、バイアス電極８に印加される電圧は可変であるため、エミッタ２が先鋭化された状態およびエミッタ２の径が大きくなった状態の両方に対して（すなわちエミッタ２の径によらず）、エミッタ２の先端に適切な電界を形成することができる。
【００７８】
本実施形態に係るエミッタの先鋭化方法では、引出電極４には負の電圧が印加され、バイアス電極８には負の電圧が印加される。そのため、エミッタ２から電子が放出されることを防ぎつつ、エミッタ２の表面に強電界を形成することができる。
【００７９】
本実施形態に係るエミッタの先鋭化方法では、エミッタ２は、タングステンチップである。そのため、上述したビルドアップを用いて、エミッタ２を先鋭化できる。
【００８０】
４．  電子顕微鏡
次に、本実施形態に係る電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態に係る電子顕微鏡１の構成を示す図である。
【００８１】
本実施形態に係る電子顕微鏡１は、本発明に係る電子銃を含む。以下では、本発明に係る電子銃として、電子顕微鏡１が電子銃１００を含む場合について説明する。
【００８２】
電子顕微鏡１は、図７に示すように、電子銃１００と、照射レンズ系２０と、走査偏向器２２と、対物レンズ２３と、試料ステージ２４と、中間レンズ２５と、投影レンズ２６と、検出器２８と、を含む。
【００８３】
電子銃１００は、電子線ＥＢを放出する。
【００８４】
照射レンズ系２０は、電子銃１００で放出された電子線ＥＢを収束させる。走査偏向器２２は、電子銃１００から放出された電子線ＥＢを偏向させる。制御装置（図示せず）から供給される走査信号を走査偏向器２２に供給することにより、収束した電子線ＥＢで試料上を走査することができる。これにより、電子顕微鏡１を、走査透過電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＴＥＭ）として機能させることができる。
【００８５】
対物レンズ２３は、電子線ＥＢを試料上に収束させて、電子プローブを形成する。また、対物レンズ２３は、試料を透過した電子を結像する。
【００８６】
試料ステージ２４は、試料を保持する。また、試料ステージ２４は、試料を水平方向や鉛直方向に移動させたり試料を傾斜させたりすることができる。
【００８７】
中間レンズ２５および投影レンズ２６は、対物レンズ２３で形成された像を検出器２８に投影（結像）する。
【００８８】
検出器２８は、試料を透過した電子を検出する。検出器２８は、試料を透過した電子（透過電子）を検出する。検出器２８の出力信号からＳＴＥＭ像（明視野像）を生成することができる。また、検出器２８は、円環状であって、試料で所定の角度で散乱された電子を検出する検出器であってもよい。すなわち、検出器２８は、例えば、高角度散乱暗視野像（ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像）や、低角度散乱暗視野像（ＬＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像）を得るための検出器であってもよい。
【００８９】
電子顕微鏡１には、図示はしないが、球面収差補正装置などの収差補正装置や、エネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＳ）、電子エネルギー損失分光装置（ＥＥＬＳ）などの分析装置が搭載されていてもよい。
【００９０】
なお、上記では、電子顕微鏡１が走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）である場合について説明したが、電子顕微鏡１は走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）に限定されず、透過電子顕微鏡（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）や、走査電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）などの電子顕微鏡であってもよい。
【００９１】
電子顕微鏡１によれば、電子銃１００を含むため、電子線ＥＢの輝度の低下や、電子線ＥＢのエネルギー幅の増大を低減できる。
【００９２】
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。
【００９３】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９４】
１…電子顕微鏡、２…エミッタ、４…引出電極、６…引出電源、８…バイアス電極、１０…バイアス電源、２０…照射レンズ系、２２…走査偏向器、２３…対物レンズ、２４…試料ステージ、２５…中間レンズ、２６…投影レンズ、２８…検出器、１００…電子銃、１０１…電子銃、１０２…エミッタ、１０４…引出電極、１０６…引出電源
【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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