(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトカソード膜を第１面に形成した基板を含むフォトカソードと、
レンズと、
前記基板および前記レンズを保持するホルダと、
を含み、
前記ホルダは、
前記フォトカソード膜と前記レンズとを、所定の距離となるように保持する保持部材と、
前記ホルダの内部と前記ホルダの外部とを連通する第１の連通部と、
を有する
フォトカソードキット。
【請求項２】
前記保持部材は、内部が中空のスペーサであり、
前記スペーサは、
一方の端部が前記レンズと当接し、
他方の端部が、前記基板の前記第１面とは反対側の第２面と当接し、
前記スペーサの内部と前記ホルダの内部とを連通する第２の連通部を有する
請求項１に記載のフォトカソードキット。
【請求項３】
前記スペーサは、孔を有し、
前記第２の連通部は、前記孔である
請求項２に記載のフォトカソードキット。
【請求項４】
前記一方の端部および／または前記他方の端部に形成された凹部を有し、
前記第２の連通部は、前記凹部である
請求項２に記載のフォトカソードキット。
【請求項５】
前記保持部材が、
レンズ保持部と、
基板保持部と、
を有する
請求項１に記載のフォトカソードキット。
【請求項６】
前記ホルダは、更にヒータを備える
請求項１〜５のいずれか一項に記載のフォトカソードキット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のフォトカソードキットと、
前記フォトカソードキットを収納できる収納容器と、
前記フォトカソードへ励起光を照射する光源と、
アノードと、
真空チャンバーと、
を含む
電子銃。
【請求項８】
前記収納容器の内部に配置され、前記フォトカソードの表面処理をするための表面処理材料、を更に含む
請求項７に記載の電子銃。
【請求項９】
請求項７または８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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願における開示は、フォトカソードキット、電子銃および電子線適用装置に関する。
【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が知られている。例えば、特許文献１および２には、光源から励起光を照射して電子ビームを放出するフォトカソードを用いた電子銃が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、いわゆる透過型フォトカソードを用いた電子銃が開示されている。特許文献１に開示されたフォトカソードは透明基板とその表面にフォトカソード膜が形成されている。光源はフォトカソードの透明基板側から光を入射するように配置され、光源からの励起光をフォトカソード膜に照射し、フォトカソード膜側から真空中に電子を放出する。その際、励起光の焦点がフォトカソード膜に合うように、光源とフォトカソードとの間にレンズが配置される。
【０００４】
また、特許文献２には、フォトカソードを収容することが可能な収納容器を備えた電子銃が開示されている。収納容器は、表面処理材料を内部に配置して表面処理材料を気化することができ、気化した表面処理材料でフォトカソードをＥＡ表面処理できる容器である。特許文献２には、収納容器を備えることにより、フォトカソードを外部に取り出すことなく、チャンバー内でＥＡ表面処理を可能とすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４３６４８号公報
【特許文献２】特許第５８０８０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フォトカソードは、光照射を継続することにより電子放出特性が劣化し、電子放出量が減少する。そのため、フォトカソードを用いた電子ビーム源は、使用時間とともに電子ビームの強度が減少することが知られている。そして、劣化したフォトカソードに対して、ＥＡ表面処理を行いフォトカソードの回復を行う。
【０００７】
特許文献１では、ＥＡ表面処理は、真空チャンバーの外で行われ、真空チャンバー内からフォトカソードを取り出すことが必要となる。そして、ＥＡ表面処理後、フォトカソードを真空チャンバー内に配置するので、励起光がフォトカソード膜に適切に照射されるようにフォトカソードに対しレンズ位置を調整する必要がある。そのため、フォトカソードの移動とレンズ位置の調整による操作が煩雑となってしまうという問題がある。また、フォトカソードを外部に取り出す移動手段とレンズ位置調整手段を設ける必要があり、装置が大型化、複雑化してしまうという問題もある。
【０００８】
また、特許文献２に開示されるように収納容器を備えた場合、フォトカソードのＥＡ表面処理を真空チャンバー外部で行う必要はない。しかしながら、真空チャンバー内でのＥＡ表面処理は、収納容器内に配置した表面処理材料を気化させるため、透過型フォトカソードを用いた際、レンズを汚染してしまうという問題が生じる。
【０００９】
そこで、本出願における開示は、透過型のフォトカソードにおいて、電子銃内にフォトカソードとレンズを設置した際に、フォトカソード膜とフォトカソード膜に焦点を合わせるレンズとの距離の調整が不要なフォトカソードキット、電子銃および電子銃を搭載した電子線適用装置を提供することにある。本出願における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】
【００１０】
（１）フォトカソード膜を第１面に形成した基板と、
レンズと、
前記基板および前記レンズを保持するホルダと、
を含み、
前記ホルダは、
前記フォトカソード膜と前記レンズとを、所定の距離となるように保持する保持部材と、
前記ホルダの内部と前記ホルダの外部とを連通する第１の連通部と、
を有する
フォトカソードキット。
（２）前記保持部材は、内部が中空のスペーサであり、
前記スペーサは、
一方の端部が前記レンズと当接し、
他方の端部が、前記基板の前記第１面とは反対側の第２面と当接し、
前記スペーサの内部と前記ホルダの内部とを連通する第２の連通部を有する
上記（１）に記載のフォトカソードキット。
（３）前記スペーサは、孔を有し、
前記第２の連通部は、前記孔である
上記（２）に記載のフォトカソードキット。
（４）前記一方の端部および／または前記他方の端部に形成された凹部を有し、
前記第２の連通部は、前記凹部である
上記（２）に記載のフォトカソードキット。
（５）前記保持部材が、
レンズ保持部と、
基板保持部と、
を有する
上記（１）に記載のフォトカソードキット。
（６）前記ホルダは、更にヒータを備える
上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載のフォトカソードキット。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載のフォトカソードキットと、
前記フォトカソードキットを収納できる収納容器と、
前記フォトカソードへ励起光を照射する光源と、
アノードと、
真空チャンバーと、
を含む
電子銃。
（８）前記収納容器の内部に配置され、前記フォトカソードの表面処理をするための表面処理材料、を更に含む
上記（７）に記載の電子銃。
（９）上記（７）または（８）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。
【発明の効果】
【００１１】
本出願における開示により、透過型のフォトカソードにおいて、電子銃内にフォトカソードとレンズを設置した際に、フォトカソード膜とフォトカソード膜に焦点を合わせるレンズとの距離の調整が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態におけるフォトカソードキット１Ａを模式的に示す概略断面図。
【図２】第１の実施形態におけるスペーサ４２を模式的に示す概略斜視図。
【図３】第２の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｂを模式的に示す概略断面図。
【図４Ａ】第３の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｃを模式的に示す概略断面図。
【図４Ｂ】第３の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｃを模式的に示す概略断面図。
【図４Ｃ】第３の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｃを模式的に示す概略断面図。
【図５】第４の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｄを模式的に示す概略断面図。
【図６Ａ】第５の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｅを模式的に示す概略断面図。
【図６Ｂ】第５の実施形態におけるレンズ押圧部材を用いたレンズ固定方法を模式的に示す概略斜視図。
【図７】第６の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｆを模式的に示す概略断面図。
【図８】第１の実施形態における電子銃６および電子銃６を搭載した装置を模式的に示す概略断面図。
【図９】第１の実施形態における電子銃６のＥＡ表面処理を模式的に示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、フォトカソードキット、電子銃および電子線適用装置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】
また、図面において示す各構成の位置、大きさ、範囲などは、理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、本出願における開示は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００１５】
＜フォトカソードキット１の実施形態＞
（第１の実施形態）
図１および図２を参照して、第１の実施形態におけるフォトカソードキット１Ａについて説明する。図１は、第１の実施形態におけるフォトカソードキット１Ａを模式的に示す概略断面図である。図２は、保持部材であるスペーサ４２を模式的に示す概略斜視図である。
【００１６】
第１の実施形態におけるフォトカソードキット１Ａは、フォトカソード２と、レンズ３と、ホルダ４とを具備する。
【００１７】
図１におけるフォトカソード２は、透明基板２１と、透明基板２１の第１面２３に接着したフォトカソード膜２２で形成されている。フォトカソード２は、透明基板２１のフォトカソード膜２２が形成された第１面２３とは反対側の第２面側２４から入射される励起光の受光に応じて、フォトカソード膜２２から電子ビームを放出する。
【００１８】
透明基板２１は、光源からの励起光を透過することができれば特に制限はない。例えば、石英ガラスやサファイアガラスがあげられる。
【００１９】
フォトカソード膜２２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−ＶＩ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。ＥＡ表面処理することでフォトカソード膜２２を作製することができ、該フォトカソード膜２２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膜は、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。
【００２１】
レンズ３は、光源からの励起光をフォトカソード膜２２へ収束させるものである。収束された励起光は、フォトカソード膜２２で焦点を結び、フォトカソード膜２２から電子ビームが放出される。レンズ３は、集光することができれば特に制限はなく、一般的に用いられているレンズを使用することができる。
【００２２】
ホルダ４は、フォトカソード２と、レンズ３を保持するものである。ホルダ４は、外部から入射した励起光がレンズ３を介してフォトカソード２へ照射されるようにするため、中空構造となっている。そして、ホルダ４は、フォトカソード２の透明基板２１を保持する基板保持部４１と、フォトカソード膜２２とレンズ３とが所定の距離となるための保持部材４２を中空構造の内部に有する。図１では、保持部材４２として、スペーサ４２を用いた例が示されている。
【００２３】
なお、図１に示す例では、レンズ３は、ホルダ４とスペーサ４２に挟持されて固定されているが、レンズ３とスペーサ４２は、ネジで固定することも可能である。レンズ３とスペーサ４２をネジで固定する場合は、レンズ３の凸面とホルダ４との間に空間があってもよい。
【００２４】
詳しくは後述するが、ホルダ４は、ヒータを有することも可能であるため、熱伝導性のよい材料で形成されることが好ましい。材料としては、例えば、チタン、モリブデン、それらの合金、インコネル、ステンレス・スチール（ＳＵＳ）等の金属が挙げられる。
【００２５】
基板保持部４１は、透明基板２１をホルダ４に保持（固定）できれば特に制限はない。図１では、ホルダ４に透明基板２１の端部を受け入れる凹部を形成した例が示されている。代替的に、ホルダ４に凸部を形成し、該凸部と透明基板２１に形成した凹部とを係合してもよい。
【００２６】
スペーサ４２は、フォトカソード２とレンズ３との間に配置され、レンズ３の焦点がフォトカソード膜２２で結ばれるようにするため、フォトカソード２とレンズ３との間の距離、換言すると、フォトカソード２とレンズ３との位置関係を規定するものである。図１に例示されるスペーサ４２は、内部が中空の筒状の形状である。そして、スペーサ４２の一方の端部４３は、レンズ３と当接し、他方の端部４４は、フォトカソード２を構成する透明基板２１の第２面２４（フォトカソード膜２２が形成された第１面２３とは反対側の面）に当接している。なお、図１に例示されるスペーサ４２は、レンズ３および透明基板２１との接触面積が広くなるように、中空の筒状の端部（４３、４４）につば部が形成されているが、つば部の形成は必須ではなく、つば部が形成されていなくてもよい。
【００２７】
スペーサ４２を形成する材料は、フォトカソード膜２２とレンズ３との距離が所定となるように保持できれば特に制限はない。例えば、ホルダ４と同様に金属等で形成してもよい。或いは、合成石英、セラミックス等の非金属材料で形成してもよい。合成石英やセラミックス等の非金属材料は、金属等より加熱による変形が少ない。したがって、スペーサを形成する材料として、合成石英やセラミックス等の非金属材料を使用した場合には、フォトカソード膜２２とレンズ３との距離が変わりにくいという効果を奏する。
【００２８】
図１に例示されるフォトカソードキット１Ａは、電子銃の真空チャンバー内に配置されるが、ホルダ４の内部は中空構造である。ところで、フォトカソード２とレンズ３を保持することで、ホルダ４の内部が気密状態になると、真空中で中空構造内の気体が膨張し、フォトカソード膜２２とレンズ３との距離に影響を与えるおそれがある。そこで、真空中で、ホルダ４内の気体の膨張を防ぐために、ホルダ４は、ホルダ４の内部と外部を連通するガス抜き４５（第１の連通部）を有する。第１の連通部４５は、例えば、ホルダ４の内部と外部を連通する貫通孔が挙げられる。図１に示す例では、ホルダ４をホルダ第１部材４ａとホルダ第２部材４ｂで形成し、ホルダ第１部材４ａとホルダ第２部材４ｂとを係合した際に、係合部に隙間（第１の連通部４５）が生じるように形成されている。代替的に、図示は省略するが、ホルダ第１部材４ａおよび／またはホルダ第２部材４ｂの係合部以外に貫通孔（第１の連通部４５）を形成しておき、ホルダ第１部材４ａとホルダ第２部材４ｂとの係合部を例えば雄ネジと雌ネジで形成し、係合部に積極的に隙間が生じないようにしてもよい。
【００２９】
また、図１に示す例では、透明基板２１はホルダ第２部材４ｂに形成された凹部（基板保持部４１）に保持されている。したがって、基板保持部４１に透明基板２１の端部を挿入できるようにするため、ホルダ第２部材４ｂは複数の部材で分割できるように形成してもよい。また、図１では、ホルダ第１部材４ａとホルダ第２部材４ｂは、図１の上下方向に分割する例を示している。代替的に、ホルダ第１部材４ａとホルダ第２部材４ｂは、図１の左右方向に分割できるようにしてもよい。
【００３０】
また、図１に例示されるスペーサ４２は、内部が中空の筒状であることから、スペーサ４２の端部（４３、４４）がレンズ３と透明基板２１に当接すると、スペーサ４２の内部が気密になる。したがって、ホルダ４と同様に、スペーサ４２は、スペーサ４２の内部と外部（ホルダ４の内部）とを連通する第２の連通部４６を有する。
【００３１】
図１に例示されるスペーサ４２の第２の連通部４６は、スペーサ４２の筒状部分に形成され、筒状部分の内部と外部とを連通する孔４６ａである。図２（ａ）は、図１に例示したスペーサ４２の全体の概略を示す斜視図である。なお、第２の連通部４６は、スペーサ４２の内部が気密にならなければ図１および図２（ａ）に示す例に限定されない。図２（ｂ）は、第２の連通部４６のその他の実施形態を示す斜視図で、スペーサ４２の一方の端部４３に切り欠きとなる凹部４６ｂを設けた例を示している。また、第２の連通部４６は、スペーサ４２の内部とホルダ４の内部とを連通させることができればよく、他方の端部４４に凹部を有してもよい。或いは、孔４６ａと凹部４６ｂを組み合わせてもよい。また、図１および図２（ａ）（ｂ）では、スペーサ４２の形状が筒状の例を示しているが、レンズ３とフォトカソード膜２２とが所定の距離となるように保持することができれば、スペーサ４２の形状は特に制限はない。例えば、図２（ｃ）に示すように、スペーサ４２を、複数の分割した部材で形成してもよい。図２（ｃ）に示す例では、隣り合うスペーサ４２同士の隙間４６ｃが、第２の連通部４６を形成する。
【００３２】
第１の実施形態におけるフォトカソードキット１Ａは、レンズ３の焦点がフォトカソード２のフォトカソード膜２２に結ばれるように、透明基板２１とレンズ３とを保持している。したがって、フォトカソードキット１Ａを光源からの光路上に設置することで、レンズ３を通過した励起光の焦点をフォトカソード膜２２に結ぶことが可能である。従来は、フォトカソード２を電子銃内に設置するごとにレンズ３の焦点をフォトカソード膜２２に合わせるための調整が必要であった。一方、第１の実施形態に示すフォトカソードキット１Ａを用いると、レンズ３の位置調整が不要であり、フォトカソード２とレンズ３を電子銃内に設置する作業が簡便化するという効果を奏する。
【００３３】
また、従来は、電子銃内にフォトカソードを設置する際は、フォトカソードを移動させる駆動部およびレンズを移動させる駆動部の２つの駆動部が必要であった。一方、第１の実施形態に示すフォトカソードキット１Ａを用いることで、レンズ３を位置調整する必要がなくなる。そのため、フォトカソードキット１Ａを移動させる駆動部のみで、電子銃内に設置したフォトカソード２の位置の調整が可能であり、装置を小型化、簡略化できるという効果も奏する。
【００３４】
（第２の実施形態）
図３を参照して、第２の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｂについて説明する。図３は、第２の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｂの一例を模式的に示す概略断面図である。
【００３５】
第１の実施形態では、フォトカソード膜２２とレンズ３とを所定の距離とするための保持部材として、スペーサ４２が用いられた。一方、第２の実施形態では、保持部材として、スペーサ４２に代え、レンズ保持部を用いる点で、第１の実施形態と異なる。したがって、第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第２の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第２の実施形態において、第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。
【００３６】
図３に例示される第２の実施形態におけるホルダ４は、フォトカソード２の透明基板２１を保持する基板保持部４１と、レンズ保持部４７を有する。そして、基板保持部４１とレンズ保持部４７とによって、フォトカソード膜２２とレンズ３とが所定の距離となるようにしている。
【００３７】
レンズ保持部４７は、透明基板２１に接触することなく、レンズ３をホルダ４内で固定・保持できれば特に制限はない。図３に例示されるレンズ保持部４７は、ホルダ４とは別体で形成された略環状の部材である。図３に示す例では、レンズ保持部４７の外縁部分がホルダ第１部材４ａに形成した凹部に係合し、レンズ保持部４７の内縁部分が、ホルダ４内に突出している。したがって、ホルダ４内に突出した部分で、レンズ３を保持できる。なお、レンズ保持部４７は、略環状の部材に代え、複数の部材で形成してもよい。複数の部材でレンズ保持部４７を形成する場合、各々の部材の一端がホルダ第１部材４ａに形成した凹部に係合し、各々の部材の他端がホルダ４内に突出することでレンズ３を保持できれば、部材の数に制限はない。
【００３８】
また、図示は省略するが、レンズ保持部４７は、ホルダ４と一体的に形成してもよい。より具体的には、基板保持部４１と同様、レンズ保持部４７は、ホルダ４に設けた凹部として形成され、レンズ３を該凹部に係合してもよい。或いは、レンズ保持部４７は、ホルダ４と一体的に設けた凸部として形成されてもよい。ホルダ４は、第１の実施形態で説明のとおり、必要に応じて分割してもよい。
【００３９】
レンズ保持部４７をホルダ４と別体として形成する場合、レンズ保持部４７は、例えば、ホルダ４と同様の金属やセラミックス等の非金属材料で形成すればよい。
【００４０】
第２の実施形態では、基板保持部４１とレンズ保持部４７とによって、フォトカソード膜２２とレンズ３が所定の距離となるように保持できる。したがって、第２の実施形態においても、第１の実施形態のフォトカソードキット１Ａと同様な効果を奏することができる。
【００４１】
（第３の実施形態）
図４Ａ乃至Ｃを参照して、第３の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｃについて説明する。図４Ａ乃至Ｃは、第３の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｃの一例を模式的に示す概略断面図である。
【００４２】
第３の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｃは、ヒータ５を更に具備する点で第１の実施形態に示すフォトカソードキット１Ａと異なり、その他の点は第１の実施形態と同じである。したがって、第３の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第３の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第３の実施形態において、第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。また、図４Ａ乃至Ｃに示す例は、第１の実施形態を参照して説明をしているが、第３の実施形態は、第２の実施形態で説明済みの事項も採用可能であることは言うまでもない。
【００４３】
フォトカソード２を電子銃に設置する前に、フォトカソード２は、大気中の不純物に曝される。そのため、真空中で３００〜７００℃、１０分〜１時間加熱し、酸化物や炭化物などの表面不純物を除去して、フォトカソード２の表面を清浄にする必要がある。
【００４４】
第３の実施形態では、フォトカソードキット１Ｃがヒータ５を有している。そのため、フォトカソードキット１Ｃが備える構成により、フォトカソード２を加熱することができる。図４Ａに示す例では、ヒータ５は、ホルダ４の中空部に面するヒータ挿入部５１に挿入するように設けられている。図４Ａに示す例では、ヒータ５は透明基板２１に接するように配置されていることから、透明基板２１を直接加熱できる。代替的に、ヒータ５を透明基板２１と非接触となるように配置し、ホルダ４を介して透明基板２１を加熱するようにしてもよい。図４Ｂおよび図４Ｃは、ヒータ５の配置の他の実施形態を示す概略断面図である。図４Ｂに示すように、ヒータ５は、ホルダ４の外部に設けたヒータ挿入部５１に配置されてもよい。図４Ｂに示す例では、ヒータ５が故障した場合でも、簡単に交換が可能である。また、図４Ｂに示すように、ヒータ５は後付けが可能である。
【００４５】
図４Ｃに示す例では、ホルダ４の内部に設けたヒータ挿入部５１にヒータ５が配置されている。ヒータ５を加熱すると、ヒータ５を形成する材料からガスが発生することがある。そして、発生したガスが、ホルダ４の内部に流入すると、フォトカソード２の第２面２４やレンズ３を汚染するおそれがある。図４Ｃに示す例では、ヒータ挿入部５１とホルダ４の外部とが連通する第２のガス抜き５２が、ホルダ４に設けられている。そのため、ヒータ５から発生したガスが、ホルダ４の内部に流入することを防止できる。第２のガス抜き５２は、例えば、ホルダ４の内部と外部とを連通する貫通孔が挙げられる。
【００４６】
また、フォトカソードキット１は、電子銃内に配置され、電子銃内でフォトカソード２のＥＡ表面処理を行うことが可能である。ＥＡ表面処理は、表面処理材料を気化して、フォトカソード２へ蒸着することで行う。その際、ヒータ５が、ホルダ４の外部に曝されると、フォトカソード２の表面処理材料がヒータ５に付着するおそれがある。図４Ｃに示す例では、ホルダ４の内部にヒータ５を配置することで、表面処理材料がヒータ５に付着することを抑制できる。第１および第２の実施形態に示すホルダ４において、ヒータ挿入部５１を形成してもよいことは言うまでもない。
【００４７】
ヒータ５は、フォトカソード膜２２を真空中で３００〜７００℃程度まで加熱できれば特に制限はない。ヒータ５としては、例えば、タンタル等の電熱線、レーザー加熱装置が挙げられる。
【００４８】
第３の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｃは、第１および第２の実施形態のフォトカソードキット１の効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
【００４９】
フォトカソードキット１Ｃを電子銃に設置した後、電子銃内でフォトカソード２の加熱処理を行うことが可能となる。また、使用によりフォトカソード２に不純物が付着し劣化してきても、電子銃の外部に出すことなくフォトカソード２を加熱処理することが可能となる。
【００５０】
（第４の実施形態）
図５を参照して、第４の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｄについて説明する。図５は、第４の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｄの一例を模式的に示す概略断面図である。
【００５１】
第１の実施形態では、ホルダ４に基板保持部４１を設け、透明基板２１を保持している。一方、第４の実施形態では、透明基板２１を基板保持部４１で保持することに代え、基板保持部材４８によって保持する点で第１の実施形態と異なり、その他の点は第１の実施形態と同じである。したがって、第４の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第４の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第４の実施形態において、第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。また、図５に示す例は、第１の実施形態を参照して説明をしているが、第４の実施形態は、第２および第３の実施形態で説明済みの事項も採用可能であることは言うまでもない。
【００５２】
図５に示す例では、透明基板２１は、ホルダ４の下端部に基板保持部材４８によって、ホルダ４に保持される。そして、透明基板２１がホルダ４に保持され、スペーサ４２を介してフォトカソード膜２２とレンズ３とが所定の距離となるようにしている。
【００５３】
基板保持部材４８は、透明基板２１をホルダ４の下端部に保持することが可能であれば特に制限はない。図５に示す基板保持部材４８は、ホルダ４とは別体で形成された断面略Ｌ字状の略環状の部材である。図５に示す例では、ホルダ４の下端部と基板保持部材４８とで透明基板２１を挟持し、ホルダ４と基板保持部材４８とを係合させて、透明基板２１をホルダ４に保持している。ホルダ４と基板保持部材４８との係合手段は特に制限はなく、ネジによる固定、係合溝による固定等、公知の手段を用いればよい。
【００５４】
基板保持部材４８は、例えば、ホルダ４と同様の金属やセラミックス等の非金属材料で形成すればよい。
【００５５】
第４の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｄは、第１乃至第３の実施形態のフォトカソードキット１の効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
【００５６】
第１の実施形態のように透明基板２１をホルダ４の内部に保持する場合、ホルダ４は複数の部材から構成される必要がある。一方、第４の実施形態では、ホルダ４の外部から透明基板２１を保持することができるため、ホルダ４を単一の筒状体で形成可能となる。
【００５７】
また、透明基板２１をホルダ４の内部に保持する場合、透明基板２１がある程度の厚みを有さないと透明基板２１の取り扱いが困難となる。一方、第４の実施形態では、ホルダ４の下端部と基板保持部材４８との間に透明基板２１を配置して、ホルダ４に保持できることから、透明基板２１を薄くすることができる。透明基板２１が薄くなることで、フォトカソード膜２２に照射される光の損失が抑制されて効率的に電子ビームを放出させることが可能となる。また、透明基板２１の熱容量が小さくなることから、効率的にフォトカソード２の表面を清浄にすることができる。
【００５８】
（第５の実施形態）
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、第５の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｅについて説明する。図６Ａは、第５の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｅの一例を模式的に示す概略断面図、図６Ｂは、レンズ押圧部材３１を用いたレンズ固定方法を模式的に示す概略斜視図である。
【００５９】
第１の実施形態では、ホルダ４とスペーサ４２でレンズ３を挟持することで、レンズ３をホルダ４に保持している。一方、第５の実施形態では、レンズ３をホルダ４とスペーサ４２で保持することに代え、レンズ押圧部材３１とスペーサ４２によって保持する点で第１の実施形態と異なり、その他の点は第１の実施形態と同じである。したがって、第５の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第５の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第５の実施形態において、第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。また、図６に示す例は、第１の実施形態を参照して説明をしているが、第５の実施形態は、第２乃至第４の実施形態で説明済みの事項も採用可能であることは言うまでもない。
【００６０】
第５の実施形態におけるレンズ３は、図６Ｂに示すように、レンズ押圧部材３１とスペーサ４２に挟持される。そして、スペーサ４２とレンズ押圧部材３１によってレンズ３はホルダ４内に保持される（図６Ａ）。その結果、フォトカソード膜２２とレンズ３とが所定の距離となるようにしている。
【００６１】
レンズ押圧部材３１は、フォトカソード膜２２に照射される励起光の光路を干渉せずにスペーサ４２の方へレンズを押圧することが可能であれば特に制限はない。図６Ｂに示すレンズ押圧部材３１は、ホルダ４とは別体で形成された弾性を有する板状部材（板バネ）である。また、レンズ押圧部材３１は、ホルダ４に固定される固定部３２を有する。レンズ押圧部材３１の固定は、ホルダ４に固定できれば特に制限はない。例えば、ホルダ４に凹部を形成し、該凹部に固定部３２を係合して固定してもよいし、ホルダ４を分割してその間に固定部３２を挟んでネジで固定してもよい。図６Ｂに例示されるレンズ押圧部材３１は、レンズ３と接触する箇所は環状となっており、励起光の光路を妨げない。レンズ押圧部材３１は弾性を有していることから、レンズ３がホルダ４内に保持される際に、レンズ３をスペーサ４２の方に押圧できる。なお、レンズ押圧部材３１は、複数の部材で形成してもよい。複数の部材でレンズ押圧部材３１を形成する場合は、各々の部材の一端をホルダ４に係合し、各々の部材の他端をホルダ４内に突出させ、そして、他端をレンズ３に接触させて保持すればよい。複数の部材でレンズ押圧部材３１を形成する場合、レンズ３をスペーサ４２の方に押圧できれば、部材の数に制限はない。
【００６２】
レンズ押圧部材３１を形成する材料は、弾性を有したものであれば特に制限はない。例えば、ホルダ４と同様の金属等が挙げられる。なお、上述のとおり、フォトカソード２の加熱処理を行う場合、真空中で３００〜７００℃程度まで加熱することから、レンズ押圧部材３１も高温となる。レンズ押圧部材３１は、レンズ３とフォトカソード膜２２とを所定の距離とするために用いられることから、レンズ押圧部材３１を形成する材料は、耐熱性が充分あり、熱膨張が小さく、加熱した際のガス放出が少ない方がより好ましい。当該観点からは、レンズ押圧部材３１を形成する材料として、チタンが最も好ましく、次いで、モリブデン、または、インコネルが好ましい。レンズ押圧部材３１を形成する材料とホルダ４を形成する材料は、同じであっても異なっていてもよい。
【００６３】
第５の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｅは、第１乃至第４の実施形態のフォトカソードキット１の効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
【００６４】
フォトカソード２の加熱処理や、フォトカソード２のＥＡ表面処理が行われると、フォトカソードキット１は加熱される。その際、ホルダ４が熱の影響で歪み、その歪みがフォトカソード膜２２とレンズ３との距離に影響を与えるおそれがある。図６に例示される第５の実施形態では、熱によりホルダ４が歪んでも、レンズ押圧部材３１が、レンズ３をスペーサ４２の方へ押圧していることから、フォトカソード膜２２とレンズ３との距離がスペーサ４２によって常に保たれる状態とすることが可能である。
【００６５】
（第６の実施形態）
図７を参照して、第６の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｆについて説明する。図７は、第６の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｆの一例を模式的に示す概略断面図である。
【００６６】
第６の実施形態では、ホルダ４の上端部側に、回り込み防止部４９を設けた点で第１の実施形態と異なり、その他の点は第１の実施形態と同じである。したがって、第６の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第６の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第６の実施形態において、第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。また、図７に示す例は、第１の実施形態を参照して説明をしているが、第６の実施形態は、第２乃至第５の実施形態で説明済みの事項も採用可能であることは言うまでもない。
【００６７】
詳しくは後述するが、フォトカソードキット１は、電子銃内に配置され、電子銃内でフォトカソード２のＥＡ表面処理を行うことが可能である。ＥＡ表面処理は、表面処理材料を気化して、フォトカソード２へ蒸着することで行う。
【００６８】
気化した表面処理材料の大部分は、フォトカソードキット１の下端部側に到達するが、一部の気化した表面処理材料は、フォトカソードキット１の上端部側に到達するおそれがある。図７に例示される第６の実施形態は、電子銃内でのフォトカソード２のＥＡ表面処理の際、フォトカソードキット１の上端側に到達した表面処理材料によって、レンズ３が汚染されるのを防ぐ回り込み防止部４９をホルダ４の上端部に設けたものである。
【００６９】
回り込み防止部４９は、レンズ３の上面に気化した表面処理材料が付着し難くなれば特に制限はない。図７に示す例では、回り込み防止部４９は、励起光Ｌが通過できる中空状の筒状部材で形成されている。回り込み防止部４９は、ホルダ４と一体的に形成してもよい。代替的に、回り込み防止部４９は、ホルダ４とは別体として形成され、ホルダ４に取り付けてもよい。
【００７０】
第６の実施形態におけるフォトカソードキット１Ｆは、第１乃至第５の実施形態のフォトカソードキット１の効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
【００７１】
回り込み防止部４９を設けることにより、レンズ３をより清浄な状態に保つことが可能となる。
【００７２】
＜電子銃の実施形態＞
（第１の実施形態）
図８および図９を参照して、フォトカソードキット１を有する電子銃６の第１の実施形態について説明する。図８は、第１の実施形態における電子銃６および電子銃６を搭載した相手側装置Ｅを模式的に示す概略断面図である。図９は、電子銃内でのフォトカソード２のＥＡ表面処理の一例を模式的に示す概略断面図である。
【００７３】
第１の実施形態における電子銃６は、フォトカソードキット１と、光源７と、アノード８と、真空チャンバー９と、フォトカソードキット１を収納できる収納容器１０と、を具備する。
【００７４】
また、図８に例示されるフォトカソードキット１は、電子ビーム通過孔１０ｈを備えた収納容器１０内に配置されている。収納容器１０内には、フォトカソード２をＥＡ表面処理（換言すれば、電子親和力の低下処理。）するための表面処理材料１０ｍが配置されている。
【００７５】
光源７は、フォトカソード２に励起光Ｌを照射することで、電子ビームＢを放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等があげられる。照射する励起光Ｌは、パルス光、連続光のいずれでもよく、目的に応じて適宜調整すればよい。光源７は、励起光Ｌが、フォトカソードキット１のレンズ３を介しての透明基板２１の第２面２４側から照射されればよい。図８に示す例では、光源７は、真空チャンバー９外に配置されているが、光源７を真空チャンバー９内に配置してもよい。
【００７６】
図８に示す例では、フォトカソードキット１、アノード８は、真空チャンバー９内に配置されている。フォトカソード２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を放出する。より具体的には、フォトカソード２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２から放出される。放出した電子は、アノード８とカソード２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、本明細書中における「フォトカソード」と「カソード」との記載に関し、電子ビームを放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」のいずれの場合でも２を用いる。
【００７７】
アノード８は、カソード２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。
【００７８】
カソード２からアノード８に向けて電子ビームＢが放出できれば、電源の配置に特に制限はない。図８に示す例では、カソード２とアノード８との間に電位差が生じるように電源を配置することで、電界を形成できる。
【００７９】
電子銃６の第１の実施形態では、劣化したフォトカソード２のＥＡ表面処理を真空チャンバー９内で行うことができる。フォトカソードキット１が収納される収納容器１０は、内部に配置した表面処理材料１０ｍを気化することができ、気化した表面処理材料でフォトカソード２のＥＡ表面処理をするための容器である。収納容器１０は、少なくともフォトカソード２から放出される電子が通過する電子ビーム通過孔１０ｈを含んでいる。電子ビーム通過孔１０ｈは、少なくとも電子が通過できる大きさであればよいが、加工の容易性、およびフォトカソード２から放出される電子と電子ビーム通過孔１０ｈの角度や位置関係の調整を容易にするため、１ｎｍ〜１０ｍｍの大きさであってもよく、５０μｍ〜５ｍｍの大きさでもよい。
【００８０】
収納容器１０の材料に特に制限はなく、例えば、ガラス、モリブデン、セラミック、サファイア、チタン、タングステン、タンタル等の３００℃以上、より好ましくは４００℃の熱に耐えることのできる耐熱性材料で形成することができる。
【００８１】
収納容器１０の内部に配置される表面処理材料１０ｍは、ＥＡ表面処理することができる材料であれば、特に制限はない。表面処理材料１０ｍを構成する元素として、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｔｅ、Ｓｂ等が例示される。なお、前記元素の中で、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓは単体では自然発火してしまい、保存・利用ができない。このため、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓに関しては、これらの元素の複合元素、これらの元素を含む化合物の形態で使用する必要がある。一方、化合物の形態で使用する場合は、前記元素の蒸着時に不純物ガスが発生しないようにする必要がある。したがって、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓから選択される元素を表面処理材料１０ｍとして使用する場合は、Ｃｓ２ＣｒＯ４、Ｒｂ２ＣｒＯ４、Ｎａ２ＣｒＯ４、Ｋ２ＣｒＯ４等の化合物と不純物ガスの発生を抑える還元剤を組合せて用いることが好ましい。表面処理材料１０ｍは、加熱手段を用いてフォトカソード収納容器１０内で気化され、フォトカソード２に蒸着される。
【００８２】
電子銃６の第１の実施形態において、ＥＡ表面処理は、図９に例示されるように、駆動装置１１を介して、フォトカソードキット１を収納容器１０内で蒸着位置に移動させ、表面処理材料１０ｍを気化して、フォトカソード２へ蒸着することで行う。駆動装置１１は、フォトカソードキット１を移動できれば特に制限はなく、例えば、国際公開第２０１５／００８５６１号、国際公開第２０１８／１８６２９４号に記載の駆動装置を用いることができる。国際公開第２０１５／００８５６１号および国際公開第２０１８／１８６２９４号に記載された事項は、本明細書に含まれる。
【００８３】
第１の実施形態における電子銃６は、第１乃至第６の実施形態に係るフォトカソードキット１が奏する効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
【００８４】
フォトカソードとレンズが、夫々、真空チャンバー内（収納容器内）で露出している状態でＥＡ表面処理をすると、透明基板２１の端部を迂回した表面処理材料１０ｍが、レンズ３に付着する可能性がある。その場合、レンズ３に付着した表面処理材料１０ｍが光学系に介在することになり、励起光の焦点を結ぶ位置が変化する可能性がある。一方、図８および図９に示す例では、レンズ３は、フォトカソードキット１のホルダ４内に保持されており、電子銃６は真空ポンプ（図示は省略）で吸引した状態であることから、フォトカソード２のＥＡ表面処理時に、気化した表面処理材料１０ｍがホルダ４内に入り込まない。すなわち、レンズ３を表面処理材料１０ｍで汚染することを防ぎ、レンズ３を清浄な状態を保つという効果を奏する。
【００８５】
図９では、フォトカソードキット１として、第６の実施形態のフォトカソードキット１Ｆを用いた例を示している。図９に示す例では、フォトカソードキット１Ｆが回り込み防止部４９を備えるため、レンズ３の上面に気化した表面処理材料１０ｍが付着しにくくなる。なお、図９に示す例では、フォトカソードキット１Ｆを蒸着位置に移動させた際に、回り込み防止部４９の上端部分と光源７との間に隙間がある。必要に応じて、回り込み防止部４９の高さを調整し、フォトカソードキット１Ｆを蒸着位置に移動させた際に、回り込み防止部４９の上端部分と光源７との間に隙間が無くなるように設計してもよい。その場合、気化した表面処理材料１０ｍがレンズ３の上面に付着する恐れがより少なくなる。また、図９に示す例では、駆動手段１１をフォトカソードキット１Ｆの側面に取り付けているが、代替的に駆動手段１１を回り込み防止手段４９に取り付けて、フォトカソードキット１Ｆを駆動させてもよい。
【００８６】
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。
【００８７】
本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変形または変更され得ることが明らかである。また、各実施形態で用いられる任意の構成要素を、他の実施形態に組み合わせることが可能であり、また、各実施形態において任意の構成要素を省略することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本出願で開示するフォトカソードキット、電子銃および電子線適用装置を用いると、フォトカソードキットのホルダによって、レンズの焦点は常にフォトカソード膜に結ばれる。したがって、電子銃を扱う業者にとって有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１…フォトカソードキット、２…フォトカソード、２１…透明基板、２２…フォトカソード膜、２３…第１面、２４…第２面、３…レンズ、３１…レンズ押圧部材、３２…固定部、４…ホルダ、４ａ…ホルダ第１部材、４ｂ…ホルダ第２部材、４１…基板保持部、４２…スペーサ、４３…一方の端部、４４…他方の端部、４５…ガス抜き（第１の連通部）、４６…第２の連通部、４６ａ…孔、４６ｂ…凹部、４６ｃ…隙間、４７…レンズ保持部、４８…基板保持部材、４９…回り込み防止部、５…ヒータ、５１…ヒータ挿入部、５２…第２のガス抜き、６…電子銃、７…光源、８…アノード、９…真空チャンバー、１０…収納容器、１０ｈ…電子ビーム通過孔、１０ｍ…表面処理材料、１１…駆動装置、Ｂ…電子ビーム、Ｅ…相手側装置、Ｌ…励起光
【要約】      （修正有）【課題】レンズとの焦点距離の調整が不要な透過型フォトカソードキットを提供する。【解決手段】フォトカソードキットは、フォトカソード膜２２を第１面２３に形成した基板２１と、レンズと、基板２１およびレンズ３を保持するホルダ４と、を含み、ホルダ４は、フォトカソード膜２２とレンズ４とを、所定の距離となるように保持する内部が中空のスペーサ４２と、ホルダ４の内部とホルダ４の外部とを連通する第１の連通部４５と、を有する。【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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