(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする問題点は、低加速時において、加速電極から発生した２次電子により加速電源に逆方向に流れ込む電流が発生するため、それ以上の電流を順方向に加速電源に流すよう負荷抵抗を付けていたが、高加速時においては過大に負荷抵抗に電流を流すことになり、不必要に電流供給能力のある加速電流を使用しなければならなかったという点である。また、それを避けるため適切な負荷電流を確保する実用的な回路が存在しなかった点である。【解決手段】電子を放出する陰極と、陰極から電子を引き出す引出電極と、放出された電子線を加速する加速電極と、前記加速電極と接地間に接続された負荷抵抗と、前記負荷抵抗に直列に接続された負荷電流用電源と、を備える電子銃。【選択図】        図１
2005302672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する陰極と、
陰極から電子を引き出す引出電極と、
放出された電子線を加速する加速電極と、
前記加速電極と接地間に接続された負荷抵抗と、
前記負荷抵抗に直列に接続された負荷電流用電源と、を備える電子銃。
【請求項２】
前記負荷電流用電源からの電流が制御回路により加速電圧に応じて制御されることを特徴とする請求項１に記載された電子銃。
【請求項３】
前記制御回路がコンピュータであることを特徴とする請求項２に記載された電子銃。
【請求項４】
電子銃から放出された電子ビームを制御して試料に照射する電子光学系を備えた試料観察装置であって、請求項１乃至３のいずれかに記載された電子銃を備えたことを特徴とする試料観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料観察装置及び試料観察装置の電子銃に関する。
【背景技術】
【０００２】
オージェマイクロプローブ、走査電子顕微鏡及び透過型電子顕微鏡等の試料観察装置に使用される電子銃は、電子を放出するフィラメントと、フィラメントから電子を引き出す引出電極と、放出された電子線を加速するための加速電極により構成さる。引出電極とフィラメントとの間には引出電圧が印加され、更に加速電極とフィラメントとの間には加速電圧が印加されている。このように構成することにより、フィラメントから放出された電子は、加速電圧により形成される電界により加速電極に向かって加速され、加速電極の穴を通過した電子は試料に照射される。
【０００３】
ここで、高加速時において引出電源が３ＫＶ、加速電源が１０ＫＶに設定されているとする。フィラメントから放出された電子の一部は引出電極に当たり、これにより発生する２次電子は殆ど引出電極に流れ込むが、一部は引出電極の穴を通り抜けて加速電極に流れ込む。これにより発生する電流は、加速電源に順方向で流れ込むため、その電流を供給する能力が加速電源にあればよい。なお、引出電極に流れ込んだ２次電子は電流を発生させない。
【０００４】
また、低加速時において引出電源が３ＫＶ、加速電源が１ＫＶに設定に設定すると、加速電源の電位と引出電極の電位が逆転する。フィラメントから放出された電子の一部は加速電極に当たり２次電子を発生させ、発生した２次電子は電位の高い引出電極に流れ込む。また、引出電極の穴を通り抜けて加速電極に当たった電子は２次電子を発生させる。この２次電子は電位の関係上、引出電極に流れ込む。つまり、このとき発生する電流は加速電源に逆方向に流れるため（図４中のＩ２）、それ以上の電流を順方向に流すように負荷抵抗を取り付けている（図４中のＩＲ）。
【０００５】
しかし、低加速時にあわせて負荷抵抗を大きくして負荷抵抗における電圧降下を大きくすると、高加速時には過大に負荷抵抗に電流を流すことになり、不必要に電流供給能力のある加速電源を使用しなければならず、不経済である。
【０００６】
これを避けるために、図５のように加速電圧によって負荷抵抗を切替え、加速電圧が低くても負荷電流を確保できるようにした回路が考えられる（例えば、特許文献１）。
【０００７】
しかしながら、高電圧出力時に、負荷抵抗を切り離したり、接続したりしなければならず、それによって起こるサージ電流による影響が問題であった。また、高電圧切換スイッチを作ることは技術的に困難であった。
【０００８】
【特許文献１】特開平１−２７４３４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする問題点は、低加速時において、加速電極から発生した２次電子により加速電源に逆方向に流れ込む電流が発生するため、それ以上の電流を順方向に加速電源に流すよう負荷抵抗を付けていたが、高加速時においては過大に負荷抵抗に電流を流すことになり、不必要に電流供給能力のある加速電流を使用しなければならなかったという点である。また、それを避けるため適切な負荷電流を確保する実用的な回路が存在しなかった点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、電子を放出する陰極と、陰極から電子を引き出す引出電極と、
放出された電子線を加速する加速電極と、前記加速電極と接地間に接続された負荷抵抗と、前記負荷抵抗に直列に接続された負荷電流用電源と、を備える電子銃である。
【００１１】
請求項２の発明は、前記負荷電流用電源からの電流が制御回路により加速電圧に応じて制御されることを特徴とする請求項１に記載された電子銃である。
【００１２】
請求項３の発明は、前記制御回路がコンピュータであることを特徴とする請求項２に記載された電子銃である。
【００１３】
請求項４の発明は、電子銃から放出された電子ビームを制御して試料に照射する電子光学系を備えた試料観察装置であって、請求項１乃至３のいずれかに記載された電子銃を備えたことを特徴とする試料観察装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、制御自在な負荷電流用制御回路及び負荷電流電源を構成し、加速電圧に応じた負荷抵抗における電圧降下を発生させることにより、高加速時に不必要な負荷電流を流す必要がなくなり、電流供給能力の小さな加速電源を使用することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、発明を実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の構成を図１を用いて説明する。図１は熱電界放射型電子銃についての実施例である。１４はフィラメントであり、陰極であるフィラメント１４を加熱するフィラメント電源１が接続されている。３は引出電極であり、引出電圧を印加する引出電源２が接続されている。引出電源２は可変である。５は加速電源であり、加速電圧を印可する加速電源４が接続されている。加速電源５は可変である。フィラメント１４から放出される電子１２線上には電子レンズ１１、試料６が配置されている。試料６は接地されている。また、加速電源４には適切な容量の負荷抵抗７が接続されており、負荷抵抗７には負荷電流用電源８が接続されている。負荷電流用電源８は電流が可変であり、接地されている。
【００１７】
さらに、フィラメント１４、引出電源２、引出電極３、加速電源４、加速電極５は図示しない鏡筒に収容され、図示しない真空ポンプより真空が保持されている。
【００１８】
以上、図における各部の構成について説明したが、以下に、このような構成の装置の動作について説明する。フィラメント電源１によりフィラメント１４に電圧が印加されると、フィラメント１４が加熱される。また、引出電源４によりフィラメント１４と引出電極３との間に引出電圧を印加すると、引出電極に発生する電界によって、加熱により電子を放出し易くなったフィラメント１４から電子１２が引き出される。フィラメント１４から引き出された電子１２は、引出電極３の穴を通過して、フィラメント１４と加速電極５の間に印加される加速電圧により形成される電界により加速電極５に向かって加速される。加速電極５の穴を通過した電子１２は、図示しない制御装置により制御された電子レンズ１１により任意の細さに収束され試料６に照射される。
【００１９】
ここで例えば、高加速時において、引出電源２が３ＫＶ、加速電源４が１０ＫＶに設定されているとする。フィラメント１４から放出された電子の一部は引出電極３に当たる。これにより引出電極３から発生した２次電子は殆ど引出電極３に流れ込むが、一部は引出電極３の穴を通り抜けて電位が高い加速電極５に流れ込む。これにより発生する電流は加速電源４に対して順方向で流れ込むため、その電流を供給する能力が加速電源４にあればよい。なお、引出電極に流れ込んだ２次電子は電流を発生させない。この時、負荷電流用電源８の電流は小さくなるように調整する。
【００２０】
しかし、低加速時において、引出電源２が３ＫＶ、加速電源４が１ＫＶに設定に設定すると、加速電源４と引出電極３の電位が逆転する。フィラメント１４から放出された電子１２の一部は加速電極５に当たり２次電子１３を発生させ、発生した２次電子１３は電位が高い引出電極３に流れ込む。このとき発生する電流は加速電源４に逆方向に流れ込むため（図１中のＩ２）、それ以上の電流を順方向に流すようにする必要がある（図１中のＩＲ）。このため、負荷電流用電源８の起電力がＩＲ＞Ｉ２と大きくなるように調整して、負荷抵抗７における電圧降下が大きくなるようにする。つまり、負荷抵抗に流れる電流を可変とすることで加速電圧に適した負荷抵抗における電圧降下を発生させることができる。
【００２１】
以上、図の装置の動作について説明したが、このような装置を構成し、加速電圧に応じた負荷抵抗における電圧降下を発生させることにより、高加速時に不必要な負荷電流を流す必要がなくなり、電流供給能力の小さな加速電源を使用することが可能となった。
【００２２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、電子銃の形式は、熱電子放出型でもよく、冷電界放射型でもよい。
【００２３】
また、加速電源４と負荷電流用電源８の電位差が一定となるように負荷電流電源８を制御するようにしてもよい。
【実施例２】
【００２４】
本発明の構成を図２を用いて説明する。図２の構成は基本的には図１と同様であるが、アナログ負荷電流用制御回路を用いたことを特徴とする。図２中、１はフィラメント電源、２は引出電源、３は引出電極、４は加速電源、５は加速電極、６は試料、７は負荷抵抗、８は負荷電流用電源、９は負荷電流用制御回路を示す。
【００２５】
動作は、実施例１と同様であるが、加速電源４より負荷電流用電源８に流れ込む電流が負荷電流になる。よって、加速電源４と負荷電流用電源８の電位差が一定となるように負荷電流電源８を制御する。これにより、高加速時に不要な負荷電流を流さないので加速電源の容量が小さくて済む。
【実施例３】
【００２６】
本発明の構成を図３を用いて説明する。図３は基本的には実施例１の図１と同様であるが、負荷電流制御用コンピュータを用いたことを特徴とする。図３中、１はフィラメント電源、２は引出電源、３は引出電極、４は加速電源、５は加速電極、６は試料、７は負荷抵抗、８は負荷電流用電源、１０は負荷電流制御用コンピュータを示す。また、加速電源４と負荷電流用電源８にＤ／Ａコンバータを備え、負荷電流制御用コンピュータ１０とはバス１５を介して接続されている。
【００２７】
動作は、実施例１と同様であるが、加速電源４より負荷電流用電源８に流れ込む電流が負荷抵抗になる。よって、加速電源４と負荷電流用電源８の電位差が一定となるように、負荷電流制御用コンピュータ１０を用いて負荷電流電源８を制御する。これにより、高加速時に不要な負荷電流を流さないので電源容量が小さくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１における電子銃回路図である。
【図２】本発明の実施例２における電子銃回路図である。
【図３】本発明の実施例３における電子銃回路図である。
【図４】従来例による電子銃回路図である。
【図５】従来例による電子銃回路図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  フィラメント電源
２  引出電源
３  引出電極
４  加速電源
５  加速電極
６  試料
７  負荷抵抗
８  負荷電流用電源
９  負荷電流用制御回路
１０  負荷抵抗用制御コンピュータ
１１  電子レンズ
１２  電子（線）
１３  ２次電子
１４  フィラメント（陰極）
１５  バス
【図１】
2005302672.tif 000003
【図２】
2005302672.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005302672.tif 000006
【図５】
2005302672.tif 000007