(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃部分と、
本体部分と、
制御部と、
を含む電子線適用装置であって、
前記電子銃部分は、
光源と、
光源から照射された励起光を受光することで、電子ビームを射出するフォトカソードと（但し、フォトカソードが、電子を放出するための丸みを帯びた先端部を有することを除く。）、
アノードと、
を含み、
前記本体部分は、
前記電子銃部分から照射された電子ビームを集束するオブジェクティブレンズ、
を含み、
前記制御部は、少なくとも、前記フォトカソードから射出される電子ビームのサイズに応じて前記オブジェクティブレンズの集束強度を制御する、
電子線適用装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記光源から照射される励起光の強度を制御する、
請求項１に記載の電子線適用装置。
【請求項３】
前記光源から前記フォトカソードに照射する励起光のサイズを制御する励起光サイズ制御部材を更に含み、
前記励起光サイズ制御部材が、前記光源と前記フォトカソードの間に配置されている、
請求項１または２に記載の電子線適用装置。
【請求項４】
前記オブジェクティブレンズが静電レンズであり、
前記制御部が、前記静電レンズに流す電圧値を制御する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の電子線適用装置。
【請求項５】
前記フォトカソードと前記アノードの間に、中間電極が配置され、
前記中間電極は、
フォトカソードから射出された電子ビームが通過する電子ビーム通過孔を有し、
電子ビーム通過孔には、電圧の印加によりフォトカソードとアノードとの間に電界が形成された際に、電界の影響を無視できるドリフトスペースが形成されている、
請求項１〜４の何れか一項に記載の電子線適用装置。
【請求項６】
前記フォトカソードと前記オブジェクティブレンズの間で、前記フォトカソードから射出された前記電子ビームが焦点を持たない、
請求項１〜５の何れか一項に記載の電子線適用装置。
【請求項７】
前記フォトカソードと前記オブジェクティブレンズの間で、前記フォトカソードから射出された前記電子ビームが焦点を持つ、
請求項５に記載の電子線適用装置。
【請求項８】
前記電子線適用装置が、
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
から選択される、
請求項１〜７の何れか一項に記載の電子線適用装置。
【請求項９】
電子線適用装置における電子ビームの射出方法であって、
前記電子線適用装置は、電子銃部分と、本体部分と、制御部と、を含み、
前記電子銃部分は、
光源と、
光源から照射された励起光を受光することで、電子ビームを射出するフォトカソードと（但し、フォトカソードが、電子を放出するための丸みを帯びた先端部を有することを除く。）、
アノードと、
を含み、
前記本体部分は、
前記電子銃部分から照射された電子ビームを集束するオブジェクティブレンズ、
を含み、
前記射出方法は、
光源から照射される励起光を受光することで、フォトカソードから電子ビームを射出する電子ビーム射出工程と、
前記電子ビーム射出工程で射出された電子ビームが、本体部分に配置されたオブジェクティブレンズに向けて進行する電子ビーム進行工程と、
前記電子ビーム進行工程により本体部分に到達した前記電子ビームを、前記オブジェクティブレンズで集束する電子ビーム集束工程と、
を含み、
前記電子ビーム進行工程では、前記フォトカソードから射出された前記電子ビームが、前記オブジェクティブレンズに到達するまで焦点を持たないで進行し、
前記電子ビーム集束工程において、前記制御部は、少なくとも、前記フォトカソードから射出される電子ビームのサイズに応じて前記オブジェクティブレンズの集束強度を制御する、
射出方法。
【請求項１０】
前記電子ビーム射出工程の前に、前記制御部が前記光源から照射される前記励起光の強度を制御する励起光強度制御工程、
を含む、請求項９に記載の射出方法。
【請求項１１】
前記光源と前記フォトカソードの間に、前記光源から前記フォトカソードに照射する励起光のサイズを制御する励起光サイズ制御部材が配置され、
前記電子ビーム射出工程の前に、前記制御部は、前記励起光サイズ制御部材によりフォトカソードから照射される電子ビームのサイズを制御する電子ビームサイズ制御工程を実施する、
請求項９または１０に記載の射出方法。
【請求項１２】
電子線適用装置における電子ビームの射出方法であって、
前記電子線適用装置は、電子銃部分と、本体部分と、制御部と、を含み、
前記電子銃部分は、
光源と、
光源から照射された励起光を受光することで、電子ビームを射出するフォトカソードと（但し、フォトカソードが、電子を放出するための丸みを帯びた先端部を有することを除く。）、
アノードと、
前記フォトカソードと前記アノードの間に配置された中間電極と、
を含み、
前記本体部分は、
前記電子銃部分から照射された電子ビームを集束するオブジェクティブレンズ、
を含み、
前記射出方法は、
光源から照射される励起光を受光することで、フォトカソードから電子ビームを射出する電子ビーム射出工程と、
前記電子ビーム射出工程で射出された電子ビームが、本体部分に配置されたオブジェクティブレンズに向けて進行する電子ビーム進行工程と、
前記電子ビーム進行工程により本体部分に到達した前記電子ビームを、前記オブジェクティブレンズで集束する電子ビーム集束工程と、
を含み、
前記電子ビーム進行工程において、前記フォトカソードから射出された前記電子ビームが、
前記フォトカソードと前記オブジェクティブレンズの間で焦点を持たないように進行する、または、
前記フォトカソードと前記オブジェクティブレンズの間で焦点を持つように進行する、
ように、前記制御部が中間電極を制御し、
前記電子ビーム集束工程において、前記制御部は、少なくとも、前記フォトカソードから射出される電子ビームのサイズに応じて前記オブジェクティブレンズの集束強度を制御する、
射出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願における開示は、電子線適用装置および電子線適用装置における電子ビームの射出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子銃を備えた電子顕微鏡等が知られている。電子銃の種類としては、熱電子放出型、電界放射（ＦＥ）型、ショットキー型等が知られている。ところで、電子銃から射出された電子ビームは拡散するエネルギーを有する。電子顕微鏡は、明るい像、高い解像度を得る必要があることから、電子銃から射出された電子ビームをサンプルに照射するまでに、様々な工夫がされている。図１は、熱電子放出型の電子銃を搭載した電子顕微鏡の概略を示す図である。図１に示す例では、（１）電子銃から照射された電子ビームをコンデンサレンズで集束し、収差の原因となる電子ビームの周辺部分をアパーチャーで除去、等を繰り返し、（２）最後にオブジェクティブレンズを用いて、品質が向上した電子ビームをサンプルに照射し、検出を行っている（非特許文献１参照）。
【０００３】
一方、上記とは異なる種類であるフォトカソードを備えた電子銃、および、当該電子銃を備えた電子線適用装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のフォトカソードを搭載した電子銃は、フォトカソードに励起光を照射することで、明るく、シャープな電子ビームを射出することができることから、フォトカソードを備えた電子銃の開発が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８０８０２１号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｍａｎ−Ｊｉｎ  Ｐａｒｋ１  ｅｔ  ａｌ．，“Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｆｉｎｉｔｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｆｏｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ,２２（２００８）,ｐ１７３４〜１７４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子銃の種類の中で、熱電子射出型は、プローブ電流量、電流安定度、価格などの点で優れており、汎用形ＳＥＭ、ＥＰＭＡ、オージェ分析装置などに多く使われている。そのため、電子銃を搭載した電子線適用装置における電子ビームの制御は、非特許文献１に記載のように、熱電子射出型の電子銃を用いた場合の制御の研究例が多い。
【０００７】
上記のとおり、フォトカソードを搭載した電子銃は、明るく、シャープな電子ビームを射出できることから、近年開発が進められている。しかしながら、フォトカソードを搭載した電子銃は開発途上にあり、現状では、電子線適用装置の電子銃部分を、フォトカソードを備えた電子銃で置き換えることに留まる。したがって、フォトカソードを備えた電子銃を含む電子線適用装置における電子ビームの制御は、殆ど研究されていないのが現状である。
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究を行ったところ、
（１）フォトカソードから射出される電子ビームは、熱電子射出型等の電子銃から射出される電子ビームと比較すると、より平行な電子ビームが得られること、
（２）フォトカソードから射出される電子ビームのサイズ（電子ビームの径）は、照射される励起光のサイズにより決まること、
（３）そのため、フォトカソードから射出される電子ビームのサイズに応じてオブジェクティブレンズの集束強度を制御するのみで、電子ビームを集束できること、
（４）その結果、電子ビームの制御が簡単になること、
を新たに見出した。
【０００９】
そこで、本出願の開示の目的は、フォトカソードを備えた電子銃に好適な電子線適用装置および該電子線適用装置における電子ビームの射出方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本出願は、以下に示す、電子線適用装置および電子線適用装置における電子ビームの射出方法に関する。
【００１１】
（１）電子銃部分と、
本体部分と、
制御部と、
を含む電子線適用装置であって、
前記電子銃部分は、
光源と、
光源から照射された励起光を受光することで、電子ビームを射出するフォトカソードと、
アノードと、
を含み、
前記本体部分は、
前記電子銃部分から照射された電子ビームを集束するオブジェクティブレンズ、
を含み、
前記制御部は、少なくとも、前記フォトカソードから射出される電子ビームのサイズに応じて前記オブジェクティブレンズの集束強度を制御する、
電子線適用装置。
（２）前記制御部が、前記光源から照射される励起光の強度を制御する、
上記（１）に記載の電子線適用装置。
（３）前記光源から前記フォトカソードに照射する励起光のサイズを制御する励起光サイズ制御部材を更に含み、
前記励起光サイズ制御部材が、前記光源と前記フォトカソードの間に配置されている、
上記（１）または（２）に記載の電子線適用装置。
（４）前記オブジェクティブレンズが静電レンズであり、
前記制御部が、前記静電レンズに流す電圧値を制御する、
上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の電子線適用装置。
（５）前記フォトカソードと前記アノードの間に、中間電極が配置され、
前記中間電極は、
フォトカソードから射出された電子ビームが通過する電子ビーム通過孔を有し、
電子ビーム通過孔には、電圧の印加によりフォトカソードとアノードとの間に電界が形成された際に、電界の影響を無視できるドリフトスペースが形成されている、
上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の電子線適用装置。
（６）前記フォトカソードと前記オブジェクティブレンズの間で、前記フォトカソードから射出された前記電子ビームが焦点を持たない、
上記（１）〜（５）の何れか一つに記載の電子線適用装置。
（７）前記フォトカソードと前記オブジェクティブレンズの間で、前記フォトカソードから射出された前記電子ビームが焦点を持つ、
上記（５）に記載の電子線適用装置。
（８）前記電子線適用装置が、
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
から選択される、
上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の電子線適用装置。
（９）電子線適用装置における電子ビームの射出方法であって、
前記電子線適用装置は、電子銃部分と、本体部分と、制御部と、を含み、
前記電子銃部分は、
光源と、
光源から照射された励起光を受光することで、電子ビームを射出するフォトカソードと、
アノードと、
を含み、
前記本体部分は、
前記電子銃部分から照射された電子ビームを集束するオブジェクティブレンズ、
を含み、
前記射出方法は、
光源から照射される励起光を受光することで、フォトカソードから電子ビームを射出する電子ビーム射出工程と、
前記電子ビーム射出工程で射出された電子ビームが、本体部分に配置されたオブジェクティブレンズに向けて進行する電子ビーム進行工程と、
前記電子ビーム進行工程により本体部分に到達した前記電子ビームを、前記オブジェクティブレンズで集束する電子ビーム集束工程と、
を含み、
前記電子ビーム進行工程では、前記フォトカソードから射出された前記電子ビームが、前記オブジェクティブレンズに到達するまで焦点を持たないで進行する、
射出方法。
（１０）前記電子ビーム集束工程において、前記電子ビームの集束の程度を制御するため、前記制御部が前記オブジェクティブレンズの集束強度を制御する、
上記（９）に記載の射出方法。
（１１）前記電子ビーム射出工程の前に、前記制御部が前記光源から照射される前記励起光の強度を制御する励起光強度制御工程、
を含む、上記（９）または（１０）に記載の射出方法。
（１２）前記光源と前記フォトカソードの間に、前記光源から前記フォトカソードに照射する励起光のサイズを制御する励起光サイズ制御部材が配置され、
前記電子ビーム射出工程の前に、前記制御部は、前記励起光サイズ制御部材によりフォトカソードから照射される電子ビームのサイズを制御する電子ビームサイズ制御工程を実施する、
上記（９）〜（１１）の何れか一つに記載の射出方法。
（１３）前記フォトカソードと前記アノードの間に、中間電極が配置され、
前記電子ビーム進行工程において、前記フォトカソードから射出された前記電子ビームが、
前記フォトカソードと前記オブジェクティブレンズの間で焦点を持たないように進行する、または、
前記フォトカソードと前記オブジェクティブレンズの間で焦点を持つように進行する、
ように、前記制御部が中間電極を制御する、
上記（９）〜（１２）の何れか一つに記載の射出方法。
【発明の効果】
【００１２】
本出願における開示により、フォトカソードを備えた電子銃を含む電子線適用装置において、電子ビームの制御が簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】熱電子放出型の電子銃を搭載した電子顕微鏡の概略を示す図。
【図２】第１の実施形態における電子線適用装置１Ａとして走査型電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）を採用した場合の概略断面図。
【図３】射出方法の第１の実施形態のフローチャート。
【図４】第２の実施形態に係る電子線適用装置１Ｂの概略断面図。
【図５】第３の実施形態に係る電子線適用装置１Ｃの概略断面図。
【図６】第４の実施形態に係る電子線適用装置１Ｄの概略断面図。
【図７】図７Ａは、カソード３、中間電極８、アノード４の概略断面図、図７Ｂは図７ＡのＸ−Ｘ’断面図、図７Ｃは図７ＡのＹ−Ｙ’断面図。
【図８】カソード３、中間電極８、および、アノード４の間に発生する電界の影響を受けた電子の動きを説明する概略図。
【図９】第４の実施形態に係る電子線適用装置１Ｄにおける中間電極８の技術的意義について説明するための概略図。
【図１０】図面代用写真で、点線より左側は比較例１で撮像したサンプルの画像、右側は実施例１で撮影した画像。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、電子線適用装置および電子線適用装置における電子ビームの射出方法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。
【００１５】
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。
【００１６】
（方向の定義）
本明細書において、フォトカソードから放出された電子ビームが進行する方向をＺ方向と定義する。なお、Ｚ方向は、例えば、鉛直下向き方向であるが、Ｚ方向は、鉛直下向き方向に限定されない。
【００１７】
（電子線適用装置１Ａの第１の実施形態）
図２を参照して、第１の実施形態における電子線適用装置１Ａについて説明する。図２は、第１の実施形態における電子線適用装置１Ａとして走査型電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）を採用した場合の概略断面図である。
【００１８】
第１の実施形態における電子線適用装置１Ａは、電子銃部分１ａと、本体部分１ｂと、制御部１ｃと、を含む。
【００１９】
電子銃部分１ａは、光源２と、フォトカソード３と、アノード４と、を少なくとも具備する。任意付加的に、フォトカソード３を収容するフォトカソード収納容器５を含んでいてもよい。また、任意付加的に、フォトカソード３とアノード４との間に電界を発生させるための第１電源６ａを含んでいてもよい。
【００２０】
本体部分１ｂは、オブジェクティブレンズ７を少なくとも含んでいる。なお、図２は、電子線適用装置１ＡとしてＳＥＭの例を示しているので、走査コイルＳＣ、サンプルＳおよび検出器Ｄが例示されているが、電子線適用装置１Ａとしては必須の構成ではなく、ＳＥＭに必要な任意付加的な構成である。電子線適用装置１ＡをＳＥＭ以外の装置として用いる場合は、本明細書で開示する電子線適用装置１Ａの構成に加え、当該装置に必要な構成を付加すればよい。なお、図２に示すＳＥＭの例では、走査コイルＳＣはフォトカソード３から射出された電子ビームＢをサンプルＳ上で走査するために用いられる。図示は省略するが、走査コイルＳＣは、制御部１ｃにより制御される。
【００２１】
光源２は、フォトカソード３に励起光Ｌを照射することで、電子ビームＢを射出できるものであれば特に制限はない。光源２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、目的に応じて適宜制御すればよい。なお、図２に示す例では、光源２が、真空チャンバーＣＢ外に配置され励起光Ｌが、フォトカソード３の第１面（アノード４側の面）から照射されている。代替的に、後述するフォトカソード基板が透明材料で形成されている場合は、光源２を真空チャンバーＣＢの上方に配置し、励起光Ｌを、フォトカソード３の背面（第１面とは反対側の面）から照射されるようにしてもよい。また、光源２は真空チャンバーＣＢ内に配置してもよい。
【００２２】
フォトカソード３は、光源２から照射される励起光Ｌの受光に応じて、電子ビームＢを射出する。より具体的には、フォトカソード３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３から射出される。射出した電子は、アノード４とカソード３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、電子ビームを射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３を用いる。
【００２３】
フォトカソード３は、石英ガラスやサファイアガラス等の基板と、基板の第１面（アノード４側の面）に接着したフォトカソード膜（図示は省略）で形成されている。フォトカソード膜を形成するためのフォトカソード材料は、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。前記フォトカソード材料をＥＡ表面処理することでフォトカソード３を作製することができ、該フォトカソード３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。
【００２４】
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。特許第３５３７７７９号に記載の内容は参照によりその全体が本明細書に含まれる。
【００２５】
アノード４は、カソード３と電界を形成できるものであれば特に制限はなく、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。
【００２６】
フォトカソード収納容器５には、フォトカソード３から射出した電子ビームＢが通過する電子ビーム通過孔５ｈを備えている。また、必要に応じて、フォトカソード収納容器５内には、フォトカソード３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５ｍが配置されてもよい。表面処理材料５ｍ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。例えば、表面処理材料５ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｃｓ2ＣｒＯ4、Ｒｂ2ＣｒＯ4、Ｎａ2ＣｒＯ4、Ｋ2ＣｒＯ4等が挙げられる。
【００２７】
第１電源６ａは、カソード３とアノード４との間に電界が形成され、励起光Ｌの照射によりフォトカソード３から射出された電子ビームＢがアノード４に向けて射出できれば、電源の配置に特に制限はない。図１に示す例では、カソード３とアノード４との間に電位差が生じるように第１電源６ａを配置することで、電界を形成できる。
【００２８】
オブジェクティブレンズ７は、フォトカソード３から射出された電子ビームＢを集束するために用いられる。オブジェクティブレンズ７による電子ビームＢの集束強度は、後述する制御部１ｃにより制御される。したがって、第１の実施形態に係る電子線適用装置１Ａは、制御部１ｃにより、分解能やコントラストを制御できる。オブジェクティブレンズ７は、電子ビームＢの集束強度を制御できれば特に制限はない。例えば、静電レンズ（電界レンズ）や磁界レンズ（電磁レンズ）、それらの組合せ等が挙げられる。静電レンズの場合は、印加する電圧を制御することで、電子ビームＢの集束強度を制御できる。磁界レンズの場合は、電流を制御することで、電子ビームＢの集束強度を制御できる。なお、磁界レンズの一形態として永久磁石を用いることもでき、この場合、電子ビームの加速電圧、アノード４からの物理的距離を制御することで、電子ビームＢの収束位置を制御できる。
【００２９】
電子ビームＢを所望のサイズまで集束するためには、オブジェクティブレンズ７に到達する際の電子ビームＢのサイズに応じて、オブジェクティブレンズ７の集束強度を制御する必要がある。フォトカソード３から射出される電子ビームＢのサイズは、フォトカソード３に照射する励起光Ｌのサイズにより決まる。そして、フォトカソード３から射出される電子ビームＢは、従来の電子銃から射出される電子ビームＢと比較して、電子ビームＢの発散は非常に小さい。換言すると、発散しにくく指向性がある電子ビームＢが射出される。
【００３０】
したがって、
（１）カソード３での電子ビームの初期エミッタンス
（２）励起光Ｌのサイズ、
（３）カソード３とアノード４との間の電圧、距離および電界分布、
（４）アノード４とオブジェクティブレンズ７の距離、
（５）オブジェクティブレンズ７の集束強度、
を種々変更した際の分解能やコントラストを実測しておけば、同じ条件であれば再現性が高い。制御部１ｃはメモリを有し、この実測データをメモリに保存しておくことで、カソード３での電子ビームの初期エミッタンス、励起光Ｌのサイズ、カソード３とアノード４との間の電圧、距離および電界分布、アノード４とオブジェクティブレンズ７の距離、等の情報に基づき、集束後の電子ビームＢを所望のサイズとするために必要なオブジェクティブレンズ７の集束強度を算出し、オブジェクティブレンズ７を制御できる。
【００３１】
なお、上記の例は、制御部１ｃの制御の一例を示したものであって、電子ビームＢを所望のサイズとなるように集束できれば、制御部１ｃは他の方法によりオブジェクティブレンズ７を制御してもよい。例えば、上記（１）〜（４）の少なくとも一つを固定値とする場合は、当該固定値に関するデータはメモリに含まれなくてもよい。また、上記の例では、実測データを参照する例を示したが、実測データから相関式を作成し、相関式からオブジェクティブレンズ７の集束強度を算出してもよい。
【００３２】
或いは、電子の動きは、（１）〜（４）の条件で、シミュレーションが可能である。したがって、実測値に代え、シミュレーションデータを用いて、オブジェクティブレンズ７の集束強度を算出してもよい。
【００３３】
そして、制御部１ｃは、算出した集束強度に基づき駆動源７１を制御することで、オブジェクティブレンズ７に印加する電流値、電圧値等を制御し、オブジェクティブレンズ７の集束強度を制御する。駆動源７１としては、一般的な直流安定化電源を用いればよい。なお、オブジェクティブレンズ７として永久磁石を用いる場合、制御部１ｃは、電子ビームＢの加速電圧、或いは、サンプルＳとオブジェクティブレンズ７との距離を制御すればよい。より具体的には、図２に示す例では、第１電源６ａからカソード３に印加する電圧値を制御することで、カソード３とアノード４との間の電界強度を制御すればよい。また、サンプルＳとオブジェクティブレンズ７との距離を制御する場合は、サンプルＳおよび／またはオブジェクティブレンズ７をＺ軸方向に移動できるステージ（図示は省略）を設け、制御部１ｃがステージの制御を行えばよい。ステージの制御は、例えば、駆動源７１を制御し、ステージが備えるモーターに流す電流を制御すればよい。
【００３４】
（電子線適用装置における電子ビームの射出方法の第１の実施形態）
図２および図３を参照して、電子線適用装置における電子ビームの射出方法（以下、単に「射出方法」と記載することがある。）の第１の実施形態について説明する。図３は、射出方法の第１の実施形態のフローチャートである。
【００３５】
第１ステップ（ＳＴ１）では、電子ビーム射出工程が行われる。電子ビーム射出工程（ＳＴ１）では、図２に示すように、光源２からフォトカソード３に向けて励起光Ｌが照射され、フォトカソード３から電子ビームＢが射出される。
【００３６】
第２ステップ（ＳＴ２）では、電子ビーム進行工程が行われる。電子ビーム進行工程（ＳＴ２）では、フォトカソード３から射出した電子ビームＢは、カソード３とアノード４との間に形成される電界により、本体部分に配置されたオブジェクティブレンズ７に向けて進行する。第１の実施形態に係る射出方法では、電子ビーム進行工程（ＳＴ２）において、換言すると、フォトカソード３から射出した電子ビームＢがオブジェクティブレンズ７に到達するまで、焦点を持たないで進行することが特徴である。なお、本明細書において「焦点」とは、電子ビームＢのビーム径が絞られた後、再び電子ビームＢのビーム径が広がる点を意味する。
【００３７】
従来の電子線適用装置では、電子銃から射出された電子ビームＢは発散し易いことが前提の設計がされている。より具体的には、電子線適用装置の本体部分は、到達した発散し易い電子ビームをコンデンサレンズで絞り、電子ビーム周辺部分の質の悪い電子の除去等を繰り返し、最後にオブジェクティブレンズを用いて、分解能やコントラストを制御する必要があった。一方、第１の実施形態では、コンデンサレンズや電子ビーム周辺部分をカットするアパーチャー等の部材は不要である。したがって、フォトカソード３から射出した電子ビームＢは、フォトカソード３とオブジェクティブレンズ７との間で進行中に焦点を持たない。第１の実施形態に係る電子線適用装置１Ａは、換言すると、本体部分１ｂに、オブジェクティブレンズ以外の電子ビームを集束する部材を含まない電子線適用装置ということができる。
【００３８】
第３ステップ（ＳＴ３）では、電子ビーム集束工程が行われる。電子ビーム集束工程（ＳＴ３）では、電子ビーム進行工程（ＳＴ２）により本体部分１ｂに到達した電子ビームＢを、オブジェクティブレンズ７で集束する。電子ビームＢをどの程度集束するのかは、オブジェクティブレンズ７の集束強度を制御すればよい。
【００３９】
従来の電子線適用装置は、
（１）電子銃から射出された電子ビームは発散するという前提で設計されていること、
（２）そのため、分解能やコントラストを向上させるためには、電子ビーム周辺部分の質の悪い電子ビームをカットし、質のよい中心部分の電子ビームのみを集束して使用すること、
（３）コンデンサレンズで電子ビームをどの程度集束するのか、アパーチャーでどの程度の電子ビームをカットするのか、オブジェクティブレンズでどの程度の電子ビームを集束するのかは、各々の部材を単独制御するのではなく、相互の部材を関連付けて一体的に制御する必要があること、
（４）前記（３）に記載の制御に電子ビームのサイズや強度等の制御を含めると、電子ビームの条件に応じて、前記（３）に記載の制御パラメータを再計算する必要があり、その結果、制御が複雑になりすぎること、
から、分解能やコントラスト制御のための電子ビームの制御は、本体部分に到達した後の電子ビームで行っていた。一方、第１の実施形態に係る電子線適用装置１Ａおよび該電子線適用装置１Ａを用いた電子ビームの射出方法は、コンデンサレンズとそれらに付随するアパーチャーを要しない。したがって、以下の複数の効果を同時に達成できる。
【００４０】
（ａ）電子線適用装置１Ａの本体部分を小型化できる。
（ｂ）フォトカソード３から射出された電子ビームＢは、従来よりも質のよい電子ビームであることから、周辺部分の電子ビームをカットする必要がない。したがって、フォトカソード３から射出した電子ビームをそのまま使用できるので、エネルギー分散が小さく、かつ大きな電流を利用することができる。したがって、第１の実施形態の電子線適用装置１Ａでは、高分解能、高走査速度等で像を得ることができる。
（ｃ）フォトカソード３から射出された電子ビームＢは、従来よりも質のよい電子ビームであることから、周辺部分の電子ビームをカットする必要がない。したがって、フォトカソード３から射出した電子ビームをそのまま使用できるので、省エネ化できる。
（ｄ）制御部１ｃが制御する本体部分１ｂの制御対象は、オブジェクティブレンズ７の集束強度のみであることから、制御機構がシンプルである。そのため、例えば、励起光Ｌのサイズをマニュアル等で制御した場合であっても、当該情報を制御部１ｃにインプットすれば、オブジェクティブレンズ７の集束強度を簡単に制御できる。
（ｅ）フォトカソード３から射出される電子ビームＢの強度（電子の量）は、励起光Ｌの強度に依存し、電子ビームＢのサイズ（径）は、励起光Ｌのサイズ（径）に依存する。そして、電子ビームＢのサイズが同じであれば、電子ビームＢの強度を変えても、オブジェクティブレンズ７の集束強度が同じであれば、電子ビームＢの集束程度に変更はない。したがって、第１の実施形態の電子線適用装置１Ａは、例えばモニター等により分解能や明るさ等の制御が必要と判断した場合、マニュアルで光源２の強度を操作しても電子ビームＢの集束程度に変更はない。したがって、電子線適用装置１Ａの稼働中に、電子ビームＢの集束程度（焦点サイズ）を変更することなく、分解能や明るさの制御性が向上する。
【００４１】
（電子線適用装置１の第２の実施形態および射出方法の第２の実施形態）
図４を参照して、電子線適用装置１および射出方法の第２の実施形態について説明する。図４は第２の実施形態に係る電子線適用装置１Ｂの概略断面図である。電子線適用装置１Ｂは、制御部１ｃがオブジェクティブレンズ７の集束強度の制御に加え、光源２も制御する以外は、第１の実施形態に係る電子線適用装置１Ａと同じである。したがって、第２の実施形態では、制御部１ｃの制御を中心に説明をするが、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。
【００４２】
第１の実施形態に係る電子線適用装置１Ａでは、光源２の強度の制御はマニュアルで実施する。一方、第２の実施形態では、制御部１ｃは、オブジェクティブレンズ７の集束強度に加え、光源２を制御することで励起光Ｌの強度を制御する。第２の実施形態に係る電子線適用装置１Ｂを用いた場合、例えば、励起光Ｌの強度制御が自動化できるという効果を奏する。
【００４３】
第２の実施形態に係る電子線適用装置１Ｂを用いた射出方法は、電子ビームＢの強度変更が必要となった際に、電子ビーム射出工程（ＳＴ１）の前に、制御部１ｃが光源２から照射される励起光Ｌの強度を制御する励起光強度制御工程を実施すればよい。
【００４４】
（電子線適用装置１の第３の実施形態および射出方法の第３の実施形態）
図５を参照して、電子線適用装置１および射出方法の第３の実施形態について説明する。図５は第３の実施形態に係る電子線適用装置１Ｃの概略断面図である。電子線適用装置１Ｃは、光源２とフォトカソード３の間に配置され、光源２からフォトカソード３に照射する励起光Ｌのサイズを制御する励起光サイズ制御部材２１を更に具備し、制御部１ｃが、オブジェクティブレンズ７の集束強度の制御に加え、励起光サイズ制御部材２１も制御する以外は、第１の実施形態に係る電子線適用装置１Ａと同じである。したがって、第３の実施形態では、励起光サイズ制御部材２１および制御部１ｃの制御を中心に説明をするが、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。
【００４５】
励起光サイズ制御部材２１は、光源２から照射され、フォトカソード３に照射する励起光Ｌのサイズを変更できれば特に制限はない。例えば、光学レンズ、虹彩絞り等が挙げられる。
【００４６】
電子線適用装置１Ｃとして、例えば、サンプルＳ面上での電子ビームサイズ（プローブサイズ）の調整等の際に、オブジェクティブレンズ７の集束強度を固定し、電子ビームＢの径を制御したい場合がある。また、サンプルＳ面上での電子ビームサイズ（プローブサイズ）の調整において、電子ビームＢの径による調整範囲を超えて調整する等の際に、オブジェクティブレンズ７の集束強度と、電子ビームＢの径の両方を制御したい場合がある。第３の実施形態に係る電子線適用装置１Ｃでは、第１の実施形態に係る電子線適用装置１Ａが奏する効果に加え、オブジェクティブレンズ７の集束強度と、フォトカソード３から射出される電子ビームＢの径の両方を関連付けて制御できるという効果を奏する。
【００４７】
第３の実施形態に係る電子線適用装置１Ｃを用いた射出方法は、電子ビームＢのサイズの変更が必要となった際に、電子ビーム射出工程（ＳＴ１）の前に、制御部１ｃが、励起光サイズ制御部材２１によりフォトカソード３から照射される電子ビームＢのサイズを制御する電子ビームサイズ制御工程を実施すればよい。
【００４８】
（電子線適用装置１の第４の実施形態および射出方法の第４の実施形態）
図６乃至図９を参照して、電子線適用装置１および射出方法の第４の実施形態について説明する。図６は第４の実施形態に係る電子線適用装置１Ｄの概略断面図である。電子線適用装置１Ｄは、フォトカソード３とアノード４との間に中間電極８が配置され、任意付加的に第２電源６ｂが配置されている以外は、第１の実施形態に係る電子線適用装置１Ａと同じである。したがって、第４の実施形態では、中間電極８および制御部１ｃの制御を中心に説明をするが、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。
【００４９】
中間電極８は、フォトカソード３から射出された電子ビームＢがオブジェクティブレンズ７に到達する際の電子ビームＢのビーム径を調整するために用いられる。
【００５０】
（中間電極８の概略）
先ず、図７を参照して、中間電極８の概略について説明する。図７Ａは、カソード３、中間電極８、アノード４の概略断面図、図７Ｂは図７ＡのＸ−Ｘ’断面図、図７Ｃは図７ＡのＹ−Ｙ’断面図である。図７に示す例では、中間電極８は中空の円筒で形成されている。中間電極８は、内部にフォトカソード３から射出された電子ビームが通過する電子ビーム通過孔８１が形成され、電子ビーム通過孔８１のフォトカソード３側には電子ビームの入口８２、電子ビーム通過孔８１のアノード４側には電子ビームの出口８３が形成されている。カソード３とアノード４との間に電位差が生じるように、第１電源６ａおよび第２電源６ｂを用いて電圧を印加し、中間電極８にも電圧を印加することで、図７Ａに示すように、カソード３と中間電極８との間、中間電極８とアノード４との間には、電界ＥＦが発生する。
【００５１】
ところで、発生した電界ＥＦが空隙内の電子ビームの運動に強く及ぼす影響の範囲は、空隙の開口部が円の場合、当該円を最大断面として含む球内である。換言すると、図７Ｂに示す電子ビームの入口８２の直径をａと規定した場合、電子ビーム通過孔８１の電子ビームの入口８２の中心を球心とした半径ａ／２の球内が、発生した電界ＥＦの影響を強く受けることになる。同様に、図７Ｃに示す電子ビームの出口８３の直径をｂと規定した場合、電子ビーム通過孔８１の電子ビームの出口８３の中心を球心とした半径ｂ／２の球内が、発生した電界ＥＦの影響を受けることになる。したがって、電子ビーム通過孔８１の中心軸方向の長さをＤと規定した場合、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）が１より大きい場合には、電子ビーム通過孔８１内には、電界ＥＦの影響を受けないドリフトスペース８４が形成される。
【００５２】
上記のとおり、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）が１より大きい場合にはドリフトスペース８４が形成される。Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）は、１より大きければ特に制限はないが、ドリフトスペース８４がある程度の長さがあることが好ましく、例えば、１．５以上、２以上、３以上、４以上、５以上等、適宜設定すればよい。一方、フォトカソード３から射出した電子ビームが、電子ビーム通過孔８１を通過できる範囲内であれば、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）の上限は特にない。しかしながら、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）が大きくなる、換言すると、電子ビーム通過孔８１の長さＤが長くなりすぎると、電子銃部分１ｂが大型化してしまうという問題がある。したがって、装置設計上の観点からは、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）は１０００以下とすることが好ましく、必要に応じて、５００以下、１００以下、５０以下等、適宜設定すればよい。
【００５３】
なお、図７に示す例では、中間電極８は中空の円筒形で、電子ビーム通過孔８１は円錐状であるが、中間電極８は、電子ビーム通過孔８１を有し、且つ、ドリフトスペース８４が形成されれば形状に特に制限はない。例えば、電子ビーム通過孔８１の断面が多角形であってもよく、その場合、「ａ」と「ｂ」は、多角形の外接円の直径とすればよい。その場合、外接円の中心を結んだ線を「中心軸方向」とすればよい。また、電子ビーム通過孔８１の断面が楕円の場合には、「ａ」と「ｂ」は、楕円の長軸とすればよい。その場合、長軸の中間点を結んだ線を「中心軸方向」とすればよい。また、図７に示す例では、電子ビームの入口８２の方が出口８３より小さい、換言すると、ａ＜ｂの関係となっているが、ａとｂは、ａ＝ｂまたはａ＞ｂの関係であってもよい。また、図７Ａに示す例では、電子ビームの入口８２と出口８３を結んだ線は、断面視で直線となっているが、断面視で非直線としてもよい。例えば、電子ビーム通過孔８１の中央部の断面（ドリフトスペースを形成する部分の断面）の長さをａとｂより長くすることで、電子ビーム通過孔８１が略樽状となるようにしてもよい。なお、電子ビームのビーム径はドリフトスペース８４内で広くなるが、ビーム径が広がった電子ビームが電子ビーム通過孔の壁面に衝突しないようにすることが好ましい。そのため、電子ビーム通過孔８１の断面の大きさは、焦点の調整範囲に基づき電子ビームのビーム径をどの程度まで広げるのか計算し、適宜決定すればよい。
【００５４】
中間電極８は、カソード３とアノード４との間に配置されていればよいが、中間電極８の配置位置がカソード３又はアノード４に近すぎる、換言すると、放電限界を超えてしまうと、電子ビームが飛ばなくなる。したがって、中間電極８は、カソード３とアノード４との距離が放電限界を超えないように配置すればよい。
【００５５】
また、図７に示す例では、中間電極８は単一の部材として形成されているが、カソード３とアノード４との間に形成した電界ＥＦが、電子ビームの入口８２と出口８３以外の部分から電子ビーム通過孔８１内に入り込まなければ、複数の部材を組合わせた分割構造としてもよい。
【００５６】
次に、図８および図９を参照して、カソード３とアノード４との間にドリフトスペース８４を有する中間電極８を設けた場合の電子（電子ビーム）の動きについて説明する。図８は、カソード３、中間電極８、および、アノード４の間に発生する電界の影響を受けた電子の動きを説明する概略図である。図９Ａは第１の条件で電子ビームを射出した時の第１電子ビームＢ１、図９Ｂは第２の条件で電子ビームを射出した時の第２電子ビームＢ２が、オブジェクティブレンズ７に向けて進行する際の動きを示す概略断面図である。
【００５７】
電子ビーム（電子）が電界（ＥＦ）を通過する時、以下の原理に基づいて電界から力を受けることが知られている。
原理１：電子ビームは、その中心軸から外側の部位であるほど、より強い力を受ける。
原理２：電子ビームは、単位長さ当たり、多くの等電位線を横切るほど、より強い力を受ける。
原理３：電子ビームは、等電位線を横切るとき、その進行方向のエネルギーが大きいほど、垂直方向（進行方向に対して）に受ける力は小さくなる。
【００５８】
より具体的には、図８に示すように、カソード３と中間電極８、および、中間電極８とアノード４との間には、電位差により電界ＥＦが発生する。その際、電界ＥＦ内では等電位線ＥＬが形成され、等電位線ＥＬに対して法線方向の力ＥＬＶが発生する。つまり、電子ビーム（電子）は、この法線方向の力ＥＬＶの影響を受ける。したがって、図８に示すように電子ビームＢの中心の電子（図中の矢印Ｂｃ）は、直進方向の力しか受けないが、電子ビームＢの周辺部分の電子（図示は省略）は外側に広がる力を受ける。
【００５９】
次に、図９Ａ乃至図９Ｃを参照して、第４の実施形態に係る電子線適用装置１Ｄにおける中間電極８の技術的意義について説明する。なお、図９Ａ乃至図９Ｃは、オブジェクティブレンズ７を機能させていない状態での電子ビームＢを示している。また、図９Ａ乃至図９Ｃに示す電圧値は、理解を容易にするため例示であって、実際に中間電極８に印加する電圧値とは異なる場合がある。
【００６０】
先ず、図９Ａおよび図９Ｂに示す例では、カソード３と中間電極８、中間電極８とアノード４との間の電界を、第１の条件から第２の条件に変更する方法として、中間電極８に印加する電圧を変更している。図９Ａおよび図９Ｂに示す例では、カソード３に印加する電圧（−５０ｋＶ）とアノード４（０ｋＶ）に印加する電圧差は一定で、中間電極８に印加する電圧値を、第１の条件（図９Ａ、−２０ｋＶ）、第２の条件（図９Ｂ、−３０ｋＶ）で変更している。カソード３と中間電極８との間の電圧差は、図９Ａでは３０ｋＶ、図９Ｂでは２０ｋＶとなる。つまり、中間電極８に印加する電圧を、カソード３の電圧に近い値にするほど、カソード３と中間電極８との間の電位差は小さくなる。そして、電位差が小さいほど、カソード３と中間電極８との間の等電位線の密度は小さくなることから、フォトカソード３から射出された電子ビームは、図９Ａに示す第１電子ビームＢ１より、図９Ｂに示す第２電子ビームＢ２の方が広がりやすくなる。更に、中間電極８にはドリフトスペースが形成されていることから、広がりやすい第１電子ビームＢ１、第２電子ビームＢ２は、ドリフトスペース内で更に広がる。
【００６１】
一方、カソード３とアノード４との電位差は一定であることから、中間電極８とアノード４との間の電位差は、カソード３と中間電極８との間の電位差とは逆になる。つまり、図９Ａより図９Ｂの方が、中間電極２とアノード４との間の電位差は大きくなることから、中間電極８とアノード４との間の等電位線の密度も大きくなる。更に、ドリフトスペースを出た後の電子ビームのビーム径は、図９Ａより図９Ｂの方が大きくなることから、中間電極８を出た電子ビームは、図９Ａの第１電子ビームＢ１と比較して図９Ｂに示す第２電子ビームＢ２の方が集束され易い。つまり、中間電極８とアノード４との間の電位差が大きいほど、焦点Ｆを短焦点側に移動することができる。したがって、中間電極８を用いて電子ビームＢの焦点Ｆの位置を調整することで、電子ビームＢがオブジェクティブレンズ７に到達する際の電子ビームＢのビーム径を調整できる。図９Ａおよび図９Ｂに示す例では、中間電極８を用いた場合でも、第１の実施形態と同様に、フォトカソード３とオブジェクティブレンズ７との間で、電子ビームＢは焦点を持たない。
【００６２】
一方、図９Ｃは、中間電極８に印加するマイナスの電圧値を図９Ｂに示す例より更に大きくすることで（−４０ｋＶ）、フォトカソード３とオブジェクティブレンズ７との間で、電子ビームＢ３が焦点Ｆを持つ例を示している。図９Ｃに示す例では、焦点Ｆの位置をフォトカソード３とオブジェクティブレンズ７との間で制御することで、焦点Ｆから広がった電子ビームＢ３がオブジェクティブレンズ７に到達する際のビーム径を制御できる。図９Ｃに示すように、電子線適用装置１Ｄが中間電極８を具備する場合には、図９Ａおよび図９Ｂに示す例に加え、中間電極８の機能を利用して、フォトカソード３とオブジェクティブレンズ７との間で焦点Ｆを位置させることもできる。なお、中間電極８を具備することによる、フォトカソード３とオブジェクティブレンズ７との間の焦点の数は１である。
【００６３】
第４の実施形態に係る電子線適用装置１Ｄの制御部１ｃは、オブジェクティブレンズ７の集束強度の制御に加え、第２電源６ｂから中間電極８に印加する電圧値を制御することで、焦点Ｆの位置を制御できる。
【００６４】
第４の実施形態に係る電子線適用装置１Ｄを用いた射出方法は、電子ビームＢがオブジェクティブレンズ７に到達する際のビーム径の変更が必要となった際に、電子ビーム射出工程（ＳＴ１）の前に、中間電極８に印加する電圧値を制御することで電子ビームＢの焦点Ｆの位置を制御する電子ビーム焦点位置制御工程を実施すればよい。
【００６５】
第４の実施形態に係る電子線適用装置１Ｄは、第１の実施形態に係る電子線適用装置１Ａが奏する効果に加え、中間電極８を備えることで、以下の効果を奏する。
【００６６】
（１）フォトカソード３から射出された電子ビームＢは比較的真っすぐに進むが、多少の広がりを持つ。しかしながら、中間電極８を用いて焦点の位置を制御することで、オブジェクティブレンズ７に入射する際の電子ビームＢのサイズを制御できる。
（２）フォトカソード３から射出される電子ビームＢの平行性を高めるためには、フォトカソード３とアノード４との間の距離を短くし、電界を強くすることが考えられる。しかしながら、フォトカソード３とアノード４との間の距離を短くし、電界を強くすると、電子銃内部の部材間での電界強度が強くなるため放電しやすくなるという問題が発生する。一方、中間電極８を用いると、オブジェクティブレンズ７に到達する際の電子ビームのサイズを制御できることから、放電が起きない範囲の電界強度としながら、かつ所望のサイズの電子ビームをオブジェクティブレンズ７に到達できる。
【００６７】
なお、上記の第１乃至第４の実施形態は、本出願で開示する電子線適用装置１および電子線適用装置における電子ビームの射出方法の一例を示したもので、各種設計変更をしてもよい。例えば、第１乃至第４の実施形態から選択した任意の実施形態を組み合わせてもよい。
【００６８】
電子線適用装置は、電子銃を搭載した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。
【００６９】
以下に実施例を掲げ、本出願で開示する実施形態を具体的に説明するが、この実施例は単に実施形態の説明のためのものである。本出願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。
【実施例】
【００７０】
＜実施例１＞
［電子銃部分の作製］
光源２には、レーザー光源（Ｔｏｐｔｉｃａ製ｉＢｅａｍＳｍａｒｔ）を用いた。フォトカソード３は、Ｄａｉｋｉ  ＳＡＴＯ  ｅｔ  ａｌ．  ２０１６  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ５５  ０５ＦＨ０５に記載された公知の方法で、ＩｎＧaＮフォトカソードを作製した。フォトカソード表面のＮＥＡ処理は、公知の方法により行った。
【００７１】
［電子線適用装置（ＳＥＭ）の作製］
市販ＳＥＭの電子銃部分を作製した電子銃部分で置き換えた。なお、市販ＳＥＭの仕様は、電子銃がコールド型電界放出電子源（ＣＦＥ）を用いており、電子ビームの加速電圧は最大で３０ｋｖ、最大で８０万倍での観察が可能である。また本体部分に到達した電子ビームを、複数のコンデンサレンズ等を用いて制御することで、電子ビームが所望のサイズでオブジェクティブレンズに入射するように設計されている。実施例１では、市販ＳＥＭのコンデンサレンズが機能しないように改良、換言すると、本体部分に入射した電子ビームをオブジェクティブレンズのみを用いて集束するように改良を加えることで作製した。
【００７２】
＜比較例１＞
市販ＳＥＭの電子銃部分を作製した電子銃部分で単に置き換え、コンデンサレンズが機能した状態のものを比較例１のＳＥＭとした。
【００７３】
次に、実施例１および比較例１で作製したＳＥＭを用いて、同一条件でサンプルの撮影を行った。図１０の点線より左側は比較例１で撮像したサンプルの画像、右側は実施例１で撮影した画像である。図１０から明らかなように、比較例１より、実施例１で作製したＳＥＭの方が、分解能が優れていることを確認した。従来のＳＥＭは、射出した電子ビームが発散する電子銃を搭載していた。そのため、コンデンサレンズおよびアパーチャーの組み合わせは、質のよい電子ビームを得るために必須と考えられていた。しかしながら、フォトカソードを備えた電子銃を電子線適用装置の電子ビーム源として用いた場合には、コンデンサレンズおよびアパーチャーの組み合わせが、高い分解能を得るための阻害要因になることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本出願で開示する電子線適用装置および電子線適用装置における電子ビームの射出方法を用いると、制御が簡単で小型化することができ、更に、光源の制御ができる。したがって、電子線適用装置を扱う業者にとって有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１、１Ａ〜１Ｅ…電子線適用装置、１ａ…電子銃部分、１ｂ…本体部分、１ｃ…制御部、２…光源、２１…励起光サイズ制御部材、３…フォトカソード、４…アノード、５…フォトカソード収納容器、５ｈ…電子ビーム通過孔、５ｍ…表面処理材料、６ａ…第１電源、６ｂ…第２電源、７…オブジェクティブレンズ、７１…オブジェクティブレンズの駆動源、８…中間電極、８１…電子ビーム通過孔、８２…電子ビームの入口、８３…電子ビームの出口、８４…ドリフトスペース、Ｂ…電子ビーム、ＣＢ…真空チャンバー、Ｄ…検出器、ＥＦ…電界、ＥＬ…等電位線、ＥＬＶ…ＥＬに対する法線方向の力、Ｆ…焦点、Ｌ…励起光、Ｓ…サンプル、ＳＣ…走査コイル
【要約】      （修正有）【課題】フォトカソードを備えた電子銃に好適な電子線適用装置および該電子線適用装置における電子ビームの射出方法を提供する。【解決手段】電子銃部分１ａと、本体部分１ｂと、制御部１ｃを含む電子線適用装置であって、電子銃部分１ａは光源２と光源２からの励起光を受光することで電子ビームを射出するフォトカソード３とアノード４を含み、本体部分１ｂは電子銃部分１ａから照射された電子ビームを集束するオブジェクティブレンズ７を含み、制御部１ｃはフォトカソード３から射出される電子ビームのサイズに応じてオブジェクティブレンズ７の集束強度を制御する。【選択図】図２【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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