(57)【要約】【課題】  電子源とウエネルト電極の電子線が通過する開口の電位分布や温度分布および局所の真空度をそれぞれより均一にする電子銃を提供する。【解決手段】  電子線が通過する開口４ｂをフィラメント１のヘアピン形状に沿った方向に長い楕円としたため、ヘアピンに沿った方向（Ｘ）およびこれに直交する方向（Ｙ）で、ほぼ等電位線９の間隔を等しくすることが可能となる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中のヘアピン型フィラメントに電流を流し加熱して電子を放射する電子銃において、
電子源に最も近い位置に配置された電極に設けられ電子が通過する開口の形状を、電子源に沿った形状とすることを特徴とする電子銃。
【請求項２】
真空中のヘアピン型フィラメントに電流を流し加熱して電子を放射する電子銃において、
電子源に最も近い位置に配置された電極に設けられ電子が通過する開口の形状を、楕円又は長穴形状であることを特徴とする電子銃。
【請求項３】
真空中のヘアピン型フィラメントに電流を流し加熱して電子を放射する電子銃において、
電子源に最も近い位置に配置された電極に設けられ電子が通過する開口の形状を、電子源と開口との間において実質的に方向に依存しない電位勾配が形成される形状とすることを特徴とする電子銃。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の電子銃を備えた電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡などの電子線を使った装置の電子銃に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空中のフィラメントに電流を流すことによりフィラメントを加熱し、フィラメントから連続的に電子放出を起こさせる装置、いわゆる電子銃の構成を図１に示す。図１に示すように、電子源１は、タングステン等の多結晶線からなるヘアピン型のフィラメントであり、負の加速電圧（Ｖｏ）が、高電圧電源２により印加される。同時に、フィラメント電流源３により加熱電流（Ｉｆ）がフィラメント１に流れ、電子源１を２６００°Ｋ程度まで加熱する。
【０００３】
ウエネルト電極４には、固定バイアス電源５及び抵抗Ｒ１によるセルフバイアスで、電子源１に対して負の電圧が印加される。電子源１から放出された電子線６の電子線量は、ウエネルト電極４の電位により制御・抑制され、さらに収束作用を受ける。これにより、ウエネルト電極４とアノード７の間にクロスオーバー８が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子源１がヘアピン型のフィラメントである場合に、電子源１とウエネルト電極４との間では、均一な電界分布が得られていないという問題があった。これについて図１及び図２を参照しつつ説明を行う。図２は、電子源1をウエネルト電極４に組込み、ウエネルト電極４の電子線が通過する開口４ａから電子源１のヘアピン型フィラメントを見た図である。また、電子源１とウエネルト電極４との間の等電位線も示している。ヘアピンの長尺方向（Ｘ）の方が電子源１とウエネルト電極４との間の距離が短くなるため、等電位線９は密になる。
【０００５】
一方、Ｘ方向と直交するＹ方向の等電位線は疎になる。このため、電子源１から放出される電子線は、図３（Ａ）に実線で示す等電位線９のもとで、ヘアピンに沿った方向（Ｘ）ではヘアピンの曲率に沿った面から放出され、もう一方の直交する方向（Ｙ）は、図３（Ｂ）に示すようにフィラメント線の線径曲面から放出される。従って、電子源１から放出された電子線のクロスオーバーは、図４に示すように強度の中心Ｔに対して、楕円または歪んだ円Ｃの形状を有することになる。この場合、短径方向がヘアピンに沿ったＸ方向であり、長径方向が線径Ｙ方向である。
【０００６】
また、図２及び図３（Ａ）においてウエネルト電極の電子線通過開口４ａと電子源１の距離（Ｌ：図３）が短くなった部位は、局部的に排気コンダクタンスが小さくなり真空度が悪化する。さらに、電子源１は高温となるため輻射熱の熱拡散も低下し局部的に高温となる。実際、ヘアピン型のフィラメントは図５（Ａ）、（Ｂ）に示す部位Ｐ１、Ｐ２（図５（Ａ）のウエネルト電極４とフィラメントＨとの距離が最も短くなった箇所ＡＲ）での断線により使用不能となるケースが多いことがわかっている。
【０００７】
本発明は、ヘアピン型のフィラメントを有する電子銃において、クロスオーバーの真円度を高めるとともに、断線の可能性を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電子銃は、電子源に最も近い位置に配置された電極において、電子源から放出された電子線が通過する開口を、電子源に沿った形状、例えば楕円または長穴形状とすることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明の一観点によれば、真空中のヘアピン型フィラメントに電流を流し加熱して電子を放射する電子銃において、電子源に最も近い位置に配置された電極に設けられ電子が通過する開口の形状を、電子源に沿った形状とすることを特徴とする電子銃が提供される。
【００１０】
また、真空中のヘアピン型フィラメントに電流を流し加熱して電子を放射する電子銃において、電子源に最も近い位置に配置された電極に設けられ電子が通過する開口の形状を、楕円又は長穴形状であることを特徴とする電子銃が提供される。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、真空中のヘアピン型フィラメントに電流を流し加熱して電子を放射する電子銃において、電子源に最も近い位置に配置された電極に設けられ電子が通過する開口の形状を、電子源と開口との間において実質的に方向に依存しない電位勾配が形成される形状とすることを特徴とする電子銃が提供される。これにより、開口面内における方向依存性が低減する。
【発明の効果】
【００１２】
ウエネルト電極の電子線通過開口を楕円または長穴形状とすることにより、電子源とウエネルト電極との間の電位勾配が均一になるため、円度が高く小さなクロスオーバーが得られる。従って、従来の電子銃に比べ輝度が高く収差の少ない電子放出が可能な電子銃を提供することができる。
【００１３】
また、従来の電子銃で生じていた断線に関して、本発明による電子銃では、ウエネルト電極と電子源との最短距離が長くなるため、電子源近傍の局所的な真空度も改善され、電子源の輻射熱低減も図れるため、フィラメントの長寿命化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図６は本発明の実施の形態による電子銃を用いた電子顕微鏡の構成例を示す図である。図６に示すように、本実施の形態による電子銃を用いた電子顕微鏡では、電子源１から放出された電子線６は、ウエネルト電極４に印加された電圧により軌道が変わり、ウエネルト電極４とアノード７との間に第一のクロスオーバー８を形成する。さらに、電子源１とアノード７との間に印加された加速電圧により加速された電子線６は、アノード７を通過し、コンデンサレンズ１０により対物絞り１２上部に第二のクロスオーバー１１を形成する。対物絞り１２により制限された電子線６は、対物レンズ１３により試料１４表面に収束し照射される。
【００１５】
次に、上記電子顕微鏡のうち、ウエネルト電極開口形状に関して、図７を参照して説明する。図７は、本発明の実施の形態によるウエネルト電極４に電子源１を組込み、楕円型ウエネルト電極の電子線通過開口４ｂから電子源1のヘアピン型フィラメント１を見た図である。合わせて、電子源１とウエネルト電極４と間の等電位線９を示した。楕円の形状は、ヘアピン型フィラメント１の形状に合わせて、ヘアピンに沿った方向（Ｘ）とこれに直交する方向（Ｙ）で電位勾配がほぼ等しくなる形状に加工している。
【００１６】
従来はヘアピンに沿った方向（Ｘ）とこれに直交する方向（Ｙ）で電位勾配が異なっていたが、図７に示すように、本実施の形態による電子銃に用いられるウエネルト電極４の場合には、電子線が通過する開口４ｂをフィラメント１のヘアピン形状に沿った方向に長い楕円としたため、ヘアピンに沿った方向（Ｘ）およびこれに直交する方向（Ｙ）で、ほぼ等電位線９の間隔を等しくすることが可能となる。
【００１７】
図３（Ａ）の符号４ｂに示すように、本実施の形態によれば、ウェネルト電極４の端部が開口径が広がる方向に移動するため（４ａから４ｂへ）、図３及び図７に示す等電位線９ａは、従来の等電位線９に比べて広がり、図３（Ｂ）に示す等電位線とほぼ同じ形状となる。従って、Ｘ方向とＹ方向とでほぼ同様の位置にクロスオーバーを形成することができる。
【００１８】
また、開口形状を楕円形状又は長穴形状にすることにより、さらに、ウエネルト電極の開口部４ｂと電子源１との最短距離（Ｌ：図３（Ａ））を、従来に比べ長くすることができる。これにより、フィラメント尖端の局所的な排気コンダクタンスを大きくすることができ、また、電子源１の輻射熱も従来の開口形状に比べ熱拡散を大きくすることができる。
【００１９】
図８に、本実施の形態によるヘヤピン型フィラメントを用いた電子銃のクロスオーバー増を示す。図８に示すように、本実施の形態による電子銃を用いると、図４に示す楕円または歪んだ円Ｃの形状を有するクロスオーバー像とは異なり、Ｘ、Ｙの両方向に対してほぼ等しい強度分布を有する（真円度が高い）クロスオーバー像を得ることができる。
【００２０】
以上、本実施の形態による電子銃を用いると、従来の電子銃に比べ輝度が高く収差の少ない電子放出が可能な電子銃を提供することができる。また、従来の電子銃では図５に示す部位の断線で、電子源が使用不能となるケースが多かったが、ウエネルト電極と電子源との最短距離が長くなるため、本発明の電子銃では電子源近傍の局所的な真空度も改善され、電子源の輻射熱低減も図れる構造となり、フィラメントの長寿命化が可能である。換言すれば、電子源温度を上げて高輝度化することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の電子銃を用いて、電子線を走査又は透過することにより、試料を観察する電子顕微鏡や試料を加工する電子線描画装置などを高性能化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一般的な電子銃の構成例を示す図である、
【図２】一般的な電子銃におけるウエネルト電極の電子線通過開口からヘアピン型フィラメントを見た図であり、併せてウエネルト電極とヘアピン型フィラメントと間の等電位線を示す図である。
【図３】ヘアピン型フィラメントから電子線が放出される様子を示す図であり、一般的な電子銃を用いた場合（実線）と本発明の実施の形態による電子銃を用いた場合（破線）を示す図である。
【図４】一般的なヘアピン型フィラメントを有する電子銃のクロスオーバー像を示す図である。
【図５】ヘアピン型フィラメントが断線した様子を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態による電子銃を用いた電子顕微鏡の電子光学系構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態による電子銃を用いた場合の、ウエネルト電極の電子線通過開口からヘアピン型フィラメントを見た図であり、併せてウエネルト電極とヘアピン型フィラメントとの間の等電位線を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態によるウエネルト電極開口を楕円形状または長穴形状とした場合のヘアピン型フィラメントのクロスオーバー像を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  電子源（ヘアピン型タングステンフィラメント）
２  高電圧電源
３  フィラメント電流源
４  ウエネルト電極
４ａ  ウエネルト電極の電子線通過開口（従来例）
４ｂ  楕円型ウエネルト電極の電子線通過開口（本発明）
５  固定バイアス電源
６  電子線
７  アノード
８  第一クロスオーバー
９  等電位線
１０  コンデンサレンズ
１１  第二クロスオーバー
１２  対物絞り
１３  対物レンズ
１４  試料
【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】
2005166602.tif 000008
【図７】
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【図８】
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